Západočeská univerzita v Plzni Fakulta aplikovaných věd Katedra matematiky
Diplomová práce
Projektová výuka poznatků z astronomie ve středoškolské fyzice se zaměřením na oblast Keplerových zákonů
Plzeň, 2011
Zuzana Suková
Prohlášení Prohlašuji, ţe jsem diplomovou práci vypracovala samostatně a výhradně s pouţitím citovaných pramenů, jejichţ úplný seznam je součástí práce. V Plzni dne 4. 5. 2011
_______________ Podpis 2
Poděkování Děkuji vedoucímu diplomové práce RNDr. Miroslavu Randovi, Ph.D. za vstřícnost, odborné vedení, rady a připomínky, které mi pomohly vytvořit tuto práci. Děkuji paní Mgr. Vladimíře Lovasové, Ph.D. za vstřícnost, rady a připomínky z oblasti psychologie, které mi pomohly vytvořit tuto práci. 3
4
Abstrakt Má diplomová práce je zaměřena na výuku astronomie na středních školách. Cílem práce bylo navrhnout projekt zaměřený na výuku Keplerových zákonů a ověřit moţnost jeho vyuţití na několika školách. V práci se dále věnuji rozboru učebnic a školních vzdělávacích programů na některých školách, kde jsem projekt ověřovala, zabývám se historií projektového vyučování a popisem této metody. Výsledkem práce je vedle vlastního projektu a jeho realizace
rovněţ
výzkum
efektivity
projektového
vyučování
z
kognitivního
a pedagogickopsychologického hlediska. V této spojitosti zkoumám zejména rozvoj klíčových kompetencí a změnu sociometrické pozice ţáka ve skupině.
Klíčová slova Projektová výuka, astronomie, Keplerovy zákony, sluneční soustava, klíčové kompetence, sociometrická pozice
Abstract My dissertation work is focused on teaching of astronomy at the high schools. The aim of my work was to outline a project focused on teaching of Kepler’s law and to check its using at the high schools. I attend to analysis of textbooks and project programmes at the schools where I checked my project. I am engaged in history and describtion of project teaching. The result of my work is the project and its realization, research of effectiveness of project teaching from the cognitive, pedagogical and psychological point of view. In this coherence I research the development of key competence and change of student’s position in a group.
Keywords Project teaching, astronomy, Kepler's laws, the solar system, key competence, student's position
5
1 Obsah 1 2 3
4
5
6
7
Obsah ................................................................................................................................. 6 Úvod ................................................................................................................................... 8 Fyzika v učebnicích středních škol ................................................................................. 9 3.1 Fyzika pro gymnázia – Mechanika [2] ...................................................................... 10 3.2 Fyzika pro I. ročník gymnázií [25] ............................................................................ 12 3.3 Fyzika pro střední školy, I. díl [3] ............................................................................. 12 3.4 Rámcový vzdělávací program a vybrané školní vzdělávací programy ..................... 13 3.5 Physik 11 [8] .............................................................................................................. 14 3.6 Physik 12 [21] ............................................................................................................ 15 3.7 Fyzika pro gymnázia – Astrofyzika [16] ................................................................... 15 3.8 Fyzika pro IV. ročník gymnázií [20] ......................................................................... 16 3.9 Physik III A Mechanik [14] ....................................................................................... 16 3.10 Physik Oberstufe M [1] .......................................................................................... 16 Projektové vyučování ..................................................................................................... 17 4.1 Historie projektového vyučování............................................................................... 17 4.2 Co je projekt .............................................................................................................. 18 4.3 Průběh projektu.......................................................................................................... 22 4.4 Typy projektového vyučování ................................................................................... 23 4.5 Projekty na střední škole............................................................................................ 24 Základní pojmy z oblasti pedagogiky a psychologie ................................................... 26 5.1 Klíčové kompetence .................................................................................................. 26 5.2 Sociometrická pozice ................................................................................................. 29 Popis projektu Navrhněte obyvatelný uměle vytvořený měsíc Jupitera ................... 31 6.1 Časový harmonogram projektu ................................................................................. 32 6.2 Motivace .................................................................................................................... 33 6.3 Rozdělení do skupin .................................................................................................. 35 6.4 Otázky a odpovědi na ně ........................................................................................... 36 6.5 Diskuse ...................................................................................................................... 38 6.5.1 Jméno měsíce ..................................................................................................... 39 6.5.2 Hmotnost a poloměr měsíce ............................................................................... 39 6.5.3 Doba rotace ........................................................................................................ 40 6.5.4 Vzdálenost od Jupitera a doba oběhu ................................................................. 40 6.5.5 Excentricita a kruhová rychlost .......................................................................... 43 6.6 Vyhledávání a zpracování informací ......................................................................... 44 6.7 Prezentování výsledků a hodnocení .......................................................................... 45 Výzkumná část................................................................................................................ 47 7.1 Cíle............................................................................................................................. 47 7.2 Popis diagnostických metod ...................................................................................... 47 7.3 Popis vzorku ţáků Benešovy základní školy a mateřské školy Plzeň ....................... 50 7.4 Interpretace výsledků ţáků Benešovy základní školy a mateřské školy Plzeň ......... 51 7.4.1 Kognitivní didaktický test z astronomie............................................................. 51 7.4.2 Vstupní dotazník ................................................................................................ 54 7.4.3 Projektivní diagnostická technika ...................................................................... 57 7.4.4 Dotazník kompetencí.......................................................................................... 63 7.4.5 Skupinový rozhovor ........................................................................................... 69 7.5 Popis vzorku ţáků z Gymnázia Ostrov ...................................................................... 71 7.6 Interpretace výsledků ţáků Gymnázia Ostrov ........................................................... 71 7.6.1 Kognitivní didaktický test z astronomie............................................................. 71 7.6.2 Vstupní dotazník ................................................................................................ 74 7.6.3 Projektivní diagnostická technika ...................................................................... 77 6
7.6.4 Dotazník kompetencí.......................................................................................... 84 7.6.5 Skupinový rozhovor ........................................................................................... 93 7.7 Další školy ................................................................................................................. 93 8 Závěr ................................................................................................................................ 94 9 Slovníček ......................................................................................................................... 96 10 Pouţitá literatura............................................................................................................ 98 11 Přílohy ........................................................................................................................... 100 11.1 Kognitivní didaktický test – astronomie .............................................................. 100 11.2 Fotografie ţáků při práci na projektu ................................................................... 101 11.3 Ukázky výstupů ţáků ........................................................................................... 104 12 Seznam tabulek............................................................................................................. 107 13 Seznam grafů ................................................................................................................ 109 14 Seznam obrázků ........................................................................................................... 110
7
2 Úvod Fyzika je všude kolem nás – kdyţ spadne jablko ze stromu, kdyţ fouká vítr nebo kdyţ uklouzneme na ledu. Mnohokrát jsem se setkala s tím, ţe ţáci povaţují učivo fyziky za nedůleţité a vzdálené skutečnému ţivotu, ale co by mělo být skutečnější, neţ popis fyzikálních dějů, se kterými se setkáváme denně? Na přírodě je krásné právě to, ţe dodrţuje zákony a kaţdý vzdělaný člověk by jim měl alespoň částečně rozumět. Kdyţ se podíváme kousek dál – za naši atmosféru – ocitneme se ve vesmíru. Ani vesmír není něco vzdáleného a neskutečného, protoţe naše planeta a s ní i my lidé jsme součástí vesmíru. I proto se se zákony astronomie setkáváme stále. Například se mění roční období nebo Měsíc mění své fáze. Kaţdý ví, ţe kdyţ má Měsíc tvar písmene D, tak dorůstá, ale neměli bychom se také ptát, proč tomu tak je a proč z něj občas vidíme jen srpek a jindy ho vidíme téměř celý? Dříve se lidé báli zatmění Slunce či průletu komet, ale dnes jsou to vyhledávané události a někteří za nimi cestují i stovky kilometrů. Jsme součástí vesmíru a právě astronomie se jím zabývá. Se zákony fyziky se setkáváme od narození. Pozorujeme-li malé dítě, často hází věci na zem a má radost, ţe hračky dopadnou vţdy dolů, coţ je také první směr, který si dítě uvědomí. Malé dítě neví, ţe je to způsobeno gravitací, ale přesto objeví nejeden fyzikální zákon. Také ve škole se setkáváme s učivem fyziky hned od počátku. První znalosti z této oblasti se ţáci dozvídají na 1. stupni základní školy v rámci předmětů prvouka a přírodověda. Předmět fyzika je většinou vyučován po celý 2. stupeň základní školy a v odpovídajících ročnících víceletých gymnázií. Délka studia fyziky na středních školách je různá. Na gymnáziích se fyzice nejčastěji věnují ţáci v prvních třech ročnících a často si mohou zapsat i seminář z fyziky nebo astronomie. Na odborných středních školách je časová dotace hodin fyziky většinou niţší. Nejčastěji je vyučována jeden nebo dva první ročníky a v rámci odborných předmětů. Výuce astronomie je věnováno pouze několik kapitol nejčastěji v devátém ročníku základní školy (kvarta) a v prvním ročníku střední školy (kvinta). Já bych se chtěla ve své práci věnovat právě výuce astronomie na středních školách.
8
3 Fyzika v učebnicích středních škol Podívejme se do učebnic fyziky gymnázií a zodpovězme si otázku, kdy a jak podrobně se ţáci na střední škole seznamují s astronomií. Dnes jiţ nejsou díky rámcovým vzdělávacím plánům ve školách pevné osnovy a na kaţdé škole můţe být situace trochu jiná. Pro porovnání jsem se zaměřila i na učebnice našeho souseda Spolkové republiky Německo, a to konkrétně spolkové země Bavorska. Se základními zákony popisujícími pohyb těles ve sluneční soustavě (nebo ve vesmíru) – Keplerovými zákony – se setkávají ţáci poprvé jiţ v prvním ročníku gymnázií. Učebnice Fyzika pro I. ročník gymnázií z roku 1984 věnuje celou sedmou kapitolu Pohybům těles v gravitačním poli. Úkolem hodin fyziky je také poprvé seznámit ţáky blíţe s astronomií. Vachek se zde věnuje pohybům těles v homogenním i radiálním gravitačním poli Země, umělým kosmickým tělesům, gravitačnímu poli Slunce a Keplerovým zákonům. [16] Jako další učebnici bych chtěla uvést Fyziku pro střední školy, 1. díl z roku 1992. Také v této publikaci nalezneme kapitolu věnovanou gravitačnímu poli Země, pohybům těles v blízkosti povrchu Země i ve větších vzdálenostech a gravitační pole Slunce. Bednařík se zde také věnuje Keplerovým zákonům, i kdyţ podstatně méně neţ v případě učebnic určených pro studenty gymnázií. [3] Novější učebnicí je Fyzika pro gymnázia – Mechanika. Tato učebnice vydaná v roce 1993 je také určena pro první ročník gymnázií. Bednařík zde věnuje astronomii druhou polovinu páté kapitoly, kde se stejně jako u předchozího autora dozvídáme o pohybech těles v homogenním tíhovém a centrálním gravitačním poli Země, o pohybech v gravitačním poli Slunce a navíc autoři věnují podkapitolu i sluneční soustavě. [2] Poprvé se tedy ţáci českých škol setkávali s prvními zákony astrofyziky v 1. ročníku čtyřletých či odpovídajících ročnících víceletých gymnázií, případně v prvním ročníku odborné střední školy. V dnešní době jsou základy astronomie zařazeny v Rámcovém vzdělávacím programu pro gymnázia do 1. ročníku v kapitole Gravitační pole a konkrétní učivo odpovídá školním vzdělávacím plánům. Po úvodu v prvním ročníku se osnovy fyziky další dva roky věnovaly jiným oblastem a k oblasti astronomie se vrátily aţ v posledním ročníku. Obdobně je vytvořen i Rámcový vzdělávací program pro gymnázia, ve kterém je kapitola Astrofyzika, která zahrnuje sluneční soustavu, základní údaje o hvězdách, zdroje energie, stavbu a vývoj hvězd, strukturu a vývoj vesmíru a Galaxie. Fyzika pro IV. ročník gymnázií z roku 1987 věnuje svoji předposlední kapitolu právě astrofyzice. Autor se zde věnuje vzdálenostem a hmotnostem hvězd, spektrům hvězd, 9
zdrojům energie ve hvězdách, vývojem a závěrečným stádiím hvězd, naší sluneční soustavě, struktuře a vývoji vesmíru. [20] Také novější učebnice Fyzika pro gymnázia – Astrofyzika věnuje astronomii celý jeden díl. Roku 2003 byla MŠMT zařazena do seznamu učebnic pro gymnázia. Zde se Macháček věnuje naší sluneční soustavě (podrobně i všem planetám), charakteristikám hvězd, vzniku a vývoji hvězd a galaxiím. [16] Nahlédneme-li do učebnic fyziky našeho západního souseda, zjistíme, ţe i zde jsou astrofyzice věnovány některé kapitoly. Podařilo se mi získat pouze starší bavorské učebnice. Poprvé se v nich setkáváme s astronomií ve větší míře v učebnici Physik 11 věnované 11. třídě (odpovídá 2. ročníku naší střední školy). V učebnici z roku 1964 se dozvídáme v kapitole věnované gravitaci o Keplerových zákonech, gravitačním zákonu, určení gravitační konstanty, stanovení počtu nebeských těles, slapových jevech, hmotnosti těles a pohybu v centrálním gravitačním poli. Held zde popisuje obdobná témata jako naši autoři. [8] Následující rok se ţáci opět dozvídají v hodinách fyziky z učebnice Physik 12 informace z astrofyziky. V učebnici vydané roku 1970 se autor nejprve opět věnuje mechanice, ale jiţ další kapitola je věnovaná fyzikálním polím a mimo jiné i gravitačnímu poli. Tato podkapitola zahrnuje Keplerovy zákony, gravitační zákon, práci v gravitačním poli a kosmické rychlosti. Plötz zde převáţně rozšiřuje učivo probrané v předcházejícím ročníku. [21]
3.1 Fyzika pro gymnázia – Mechanika [2] V této učebnici z roku 1993 je sice astronomii věnována pouze část jedné kapitoly, ale přesto bych se jí ráda věnovala podrobněji, protoţe v dalším oddíle mé diplomové práce budu popisovat právě moţnost výuky Keplerových zákonů a seznámení ţáků s naší sluneční soustavou projektovou metodou. Podle učebnice se ţáci nejprve seznámí s pohyby v homogenním tíhovém poli Země. Mezi tyto pohyby patří volný pád, vrh svislý vzhůru, vodorovný vrh a vrh šikmý vzhůru. Další podkapitola uţ je věnovaná pohybům těles v centrálním gravitačním poli Země. Jedná se o pohyby, při kterých se mění intenzita gravitačního pole. Tato kapitola popisuje trajektorie těles (kruţnice, elipsa, parabola), věnuje se kruhové rychlosti, první a druhé kosmické rychlosti. Ţáci se dozvídají o vyuţití těchto poznatků i v kosmonautice. Následující podkapitola se jiţ věnuje pohybům těles v gravitačním poli Slunce. Po krátkém seznámení s historií a geocentrickém i heliocentrickém chápání vesmíru následuje část věnovaná naší sluneční soustavě. Hlavním cílem hodin fyziky v prvním ročníku gymnázií je podle učebnice Bednaříka vysvětlení pohybů planet v naší sluneční soustavě. Keplerovy 10
zákony nesou jméno po svém objeviteli, Johannu Keplerovi. Ten působil v Praze na dvoře císaře Rudolfa II. na počátku 17. století. Své zákony odvodil ze svých pozorování i pozorování Tychona Brahe. Uvádím formulaci, kterou pouţil ve své učebnici Bednařík. 1) „Planety se pohybují kolem Slunce po elipsách málo odlišných od kružnic, v jejichž společném ohnisku je Slunce. 2) Obsahy ploch opsaných průvodičem planety za jednotku času jsou konstantní. 3) Poměr druhých mocnin oběžných dob dvou planet se rovná poměru třetích mocnin hlavních poloos jejich trajektorií.“ (Bednařík [2], str. 163–165) První Keplerův zákon popisuje tvar trajektorie planet. Ţáci se seznamují poprvé blíţe s kuţelosečkami, konkrétně s elipsou, s pojmy výstřednost (excentricita), ohnisko elipsy a hlavní poloosa. Druhý Keplerův zákon popisuje, jak se planety po trajektoriích pohybují. Průvodič je úsečka spojující střed planety a střed Slunce. Délka průvodiče se mění, ale obsah plochy za jednotku času je stále stejný. Délka průvodiče je nejmenší v perihéliu a nejdelší v aféliu. Mění se tedy i velikost okamţité rychlosti, pohyb planety je nerovnoměrný. První i druhý zákon je v učebnici znázorněn i graficky. Třetí zákon dává do vztahu oběţné doby a délky hlavních poloos. Po označení oběţných dob dvou planet T1 , T2 a hlavních poloos a1 , a2 můţeme matematicky vyjádřit třetí Keplerův zákon ve tvaru:
T12 a13 . T22 a23 Tento zákon platí přesně, jsou-li hmotnosti planet zanedbatelné oproti hmotnosti Slunce, coţ je v naší sluneční soustavě splněno. „Keplerovy zákony platí nejen pro pohyby planet, ale obecně pro každou soustavu těles, která se pohybují v centrálním gravitačním poli ústředního tělesa, jehož hmotnost je mnohonásobně větší než hmotnost těles obíhajících. Platí proto také pro soustavu umělých družic Země nebo pro soustavu měsíců obíhajících kolem Jupiteru.“ (Bednařík [2], str. 166) Posledně zmiňovaného jsem vyuţila právě pro sestavení svého projektu. Další podkapitolu věnuje Bednařík sluneční soustavě. Zde se poměrně stručně ţáci seznámí se Sluncem, všemi planetami, Měsícem, planetkami, kometami, meteory a meziplanetární látkou. Autor se zmiňuje také o umělých druţicích.
11
3.2 Fyzika pro I. ročník gymnázií [25] Podle této učebnice z roku 1984 se ţáci po probrání gravitačního pole věnují pohybům těles v gravitačním poli Země a Slunce. Nejprve se seznámí s volným pádem a vrhy (homogenní tíhové pole Země) a poté s pohyby v radiálním poli Země. Autor se v této podkapitole zabývá i vyuţitím znalostí v kosmonautice. Obdobně jako v novější učebnici i zde jsou popsány kruhová a parabolická rychlost, první kosmická a druhá kosmická rychlost. Další podkapitola je nazvaná Lety umělých kosmických těles a zabývá se druţicemi Země, kosmickými sondami, raketami a raketoplány a orbitální stanicí. Jsou zde vypsány i nejvýznamnější úspěchy kosmonautiky do roku 1978. V následující podkapitole se dozvídáme o naší nejbliţší hvězdě – Slunci – a ostatních objektech sluneční soustavy (planety, planetky, Měsíc, komety, meteoroidy). Tělesa našeho planetárního systému jsou zde sice Vachkem popsána, ale věnuje se jim mnohem povrchněji neţ Bednařík [2]. Podkapitola Keplerovy zákony začíná stejně jako v novější učebnici pro gymnázia krátkým náhledem do historie formování představ o vesmíru. Zákony samotné autor uvádí ve stejném znění jako Bednařík [2]. a také je ilustruje za pomoci obrázků. Také Vachek rozšiřuje platnost Keplerových zákonů i na jiná tělesa neţ Slunce a planety. „Platnost Keplerových zákonů není omezena jen na pohyby planet. Obecně platí pro trajektorie všech těles, která se pohybují v radiálním gravitačním poli ústředního tělesa s hmotností mnohonásobně větší, než je hmotnost obíhajícího tělesa. Keplerovy zákony se např. vztahují na pohyb měsíců kolem planety Jupiter i na pohyby umělých družic Země, pokud se na své trajektorii příliš nevzdalují od Země (aby vliv gravitačního pole Slunce byl zanedbatelně malý vzhledem ke gravitačnímu poli Země).“ (Vachek [25], str. 241)
3.3 Fyzika pro střední školy, I. díl [3] I v učebnici z roku 1992 určené pro ţáky odborných středních škol nalezneme kapitolu věnovanou gravitačnímu poli. Její součástí je potom Newtonův gravitační zákon, gravitační a tíhové zrychlení, pohyby v homogenním poli Země (volný pád a vrhy). Další podkapitola je věnovaná pohybům těles v centrálním gravitačním poli Země a stejně jako u předcházejících autorů se i zde dočteme o kruhové a parabolické rychlosti, první a druhé kosmické rychlosti. I zde je kladen důraz na názornost pomocí obrázku. V poslední podkapitole Gravitační pole Slunce jsou nejprve vyjmenovány objekty naší sluneční soustavy, ale bliţší informace o nich Bednařík neuvádí. Následně jsou popsány a stručně rozebrány všechny tři Keplerovy zákony, opět doplněné obrázkem. Autor se zde také zmiňuje o platnosti zákonů i pro jiné objekty (umělé druţice Země). 12
3.4 Rámcový vzdělávací program a vybrané školní vzdělávací programy Podíváme-li se do Rámcového vzdělávacího programu pro první ročník gymnázií (RVP G), dozvíme se, ţe v oblasti dynamiky pohybu se mají ţáci podrobně seznámit s hmotností a silou; prvním, druhým a třetím pohybovým zákonem, inerciální soustavou; hybností tělesa; tlakovou silou, tlakem; třecí silou; silou pruţnosti; gravitační a tíhovou silou; gravitačním polem; momentem síly; prací, výkonem; souvislostí změny mechanické energie s prací; zákony zachování hmotnosti, hybnosti a energie. Učivo z oblasti astronomie bychom tedy našli pouze pod pojmem gravitační pole. V dalších ročnících jiţ není astronomie vůbec zahrnuta do očekávaných výstupů ţáků. Rámcový vzdělávací program není příliš konkrétní, proto se podíváme blíţe na školní vzdělávací programy některých gymnázií. Ve Školním vzdělávacím plánu Masarykova gymnázia v Plzni pro osmileté gymnázium nalezneme astronomii v očekávaných výstupech ţáků kvarty a kvinty (1. ročník). V kvartě je kapitola věnovaná přímo Vesmíru, která se věnuje Slunci, tělesům sluneční soustavy a jejich nové klasifikaci, Keplerovým zákonům, vzniku a vývoji hvězd a galaxii. Očekávané výstupy ţáků jsou například: ţák zařadí tělesa patřící do sluneční soustavy a charakterizuje je, vyhledává jejich údaje v tabulkách a porovnává je, objasní pohyb planet kolem Slunce a měsíců kolem planet, pouţije Keplerovy zákony, odliší hvězdu od planety, vysvětlí vznik a vývoj hvězd a objasní pojem galaxie. V kvintě nalezneme pouze kapitolu Gravitační pole, která zahrnuje Newtonův gravitační zákon, gravitační a tíhové zrychlení, tíhovou sílu a tíhu, pohyby těles v homogenním tíhovém poli Země, pohyby v radiálním gravitačním poli Země, pohyby těles v gravitačním poli. Mezi očekávané výstupy patří objasnění silového působení gravitačního pole, popis gravitačního pole fyzikálními veličinami, objasní pohyby v gravitačním poli. [29] Ve Školním vzdělávacím plánu Gymnázia Ostrov v Ostrově pro osmileté gymnázium nalezneme astronomii v očekávaných výstupech ţáků kvarty a kvinty (1. ročník). V kvartě je kapitola věnovaná přímo Vesmíru, která se věnuje sluneční soustavě a Keplerovým zákonům. Očekávané výstupy ţáků jsou například: ţák kvalitativně objasní pohyb planet kolem Slunce a měsíců kolem planet a odliší hvězdu od planety. V kvintě nalezneme pouze kapitolu Gravitační pole, která zahrnuje gravitaci, gravitační sílu, Newtonův gravitační zákon, gravitační pole, gravitační zrychlení, gravitační pole homogenního kulového tělesa, tíhovou sílu, tíhové zrychlení, tíhu, pohyby těles v homogenním tíhovém poli Země, princip nezávislosti pohybů, skládání rychlostí, gravitační pole Slunce a sluneční soustavu. Mezi 13
očekávané výstupy patří rozdíly mezi gravitační a tíhovou silou, ţák vyuţívá vztahy pro nerovnoměrné pohyby. [27] Ve Školním vzdělávacím plánu Gymnázia, Plzeň, Mikulášské nám. 23 pro osmileté gymnázium nalezneme astronomii v očekávaných výstupech ţáků kvarty a kvinty (1. ročník). V kvartě je kapitola věnovaná přímo Zemi a vesmíru, která se věnuje sluneční soustavě a naší Galaxii, hvězdnému vesmíru, orientaci na obloze, kosmonautice a významu vesmíru. Ţák se orientuje ve struktuře sluneční soustavy, charakterizuje jednotlivé planety sluneční soustavy, chápe význam Slunce jako ústředního tělesa této soustavy a orientuje se v objektech, které lze pozorovat na obloze. V kvintě nalezneme pouze kapitolu Gravitační pole, která zahrnuje Newtonův gravitační zákon, gravitační a tíhové zrychlení, pohyby těles v homogenním tíhovém poli Země (vrhy), pohyby těles v radiálním gravitačním poli Slunce (Keplerovy zákony), a sluneční soustavu. Mezi očekávané výstupy patří grafické znázornění gravitačního pole pomocí siločar, ţák rozliší gravitační a tíhové zrychlení a řeší úlohy týkající se vrhů těles a Keplerových zákonů. [28] Poţadavky školních vzdělávacích programů tedy lze naplnit pomocí obou našich učebnic pro gymnázia.
3.5 Physik 11 [8] V této německé učebnici z roku 1964 je věnována astrofyzice poslední kapitola. Na rozdíl od českých učebnic nenavazuje téma Keplerových zákonů na pohyby těles v homogenním a poté i centrálním gravitačním poli Země, ale předchozí kapitola se věnuje kmitání. Held nás nejprve stručně seznámí s významnými osobnostmi astronomie (Koperník, Kepler a Brahe) a poté jiţ formuluje Keplerovy zákony. Ty jsou zde uvedeny v podobném znění, jako je uvádí čeští autoři Bednařík [2], [3] a Vachek [25] v české učebnici a také jsou doprovázeny názorným obrázkem. Tímto se ovšem autorka přestává astronomii věnovat a přejde k další podkapitole věnované gravitačnímu zákonu. Následující stránky učebnice seznamují ţáky s Newtonovým gravitačním zákonem, tíhovým zrychlením a slapovými jevy. Poslední podkapitola zahrnuje kosmické rychlosti. Dozvídáme se zde stejně jako v českých učebnicích o kruhové rychlosti, parabolické rychlosti, první a druhé kosmické rychlosti a navíc ještě o třetí kosmické rychlosti. Tato oblast je zde opět probírána obdobně jako v našich učebnicích. Přesto je mezi našimi a německými učebnicemi podle mě markantní rozdíl. Autorka se zde vůbec nevěnuje naší sluneční soustavě, zatímco Bednařík [2], [3] i Vachek [25] se věnují celkem podrobně Slunci, všem planetám a i menším tělesům. 14
3.6 Physik 12 [21] V učebnici z
roku 1970 je v kapitole věnované polím vedle elektrického
a elektromagnetického pole probíráno i pole gravitační. Začíná stejně jako předcházející díl Keplerovými zákony. Jedná se o zopakování jiţ známé látky z učebnice určené jedenácté třídě a její rozšíření. Následující podkapitoly se zabývají gravitačním zákonem, gravitačním polem a prací v něm a připomenutím všech kosmických rychlostí. Kromě rozšíření staré látky nám ale Plötz nenabízí ţádné nové informace.
3.7 Fyzika pro gymnázia – Astrofyzika [16] Jednou z posledních českých učebnic, se kterou se setkají ţáci gymnázií, je díl věnovaný astrofyzice. Macháček začíná svoji učebnici z roku 2008 po krátkém úvodu velkou kapitolou Sluneční soustava. Snaţí se nejprve přiblíţit rozměry a vzdálenosti ve vesmíru a také navazuje na Keplerovy zákony popsané v prvním díle Bednaříkem [2]. Věnuje se také hvězdné obloze a souhvězdím. Další podkapitoly jsou potom věnovány jednotlivým planetám naší sluneční soustavy. Nechybí zde základní charakteristiky těles, ale také zvláštnosti a zajímavosti. Více informací se dočteme hlavně u Země a Měsíce, kde se autor věnuje i vývoji naší planety, vzájemnému působení soustavy Země–Měsíc, zatměním a umělým druţicím. Autor se zmíní také o malých tělesech (planety, komety, meteoroidy). Naší nejbliţší hvězdě Slunci je věnována následující podkapitola. Zde se dozvídáme o nitru i atmosféře Slunce a sluneční aktivitě. Podkapitola Dějiny sluneční soustavy popisuje vznik a následný vývoj Slunce a planet, konkrétněji potom Země. Další velká kapitola je nazvána Hvězdy a Galaxie. Jsou zde vysvětleny pojmy charakterizující hvězdy, vznik, vývoj, zánik a konečná stádia hvězd a jejich závislost na hmotnosti
hvězdy.
Také
je
zde
popsaná
moţnost
znázornění
vývoje
hvězdy
v Hertzsprungově-Russellově diagramu. Další podkapitolu věnuje autor naší Galaxii a jiným galaxiím, seskupením galaxií do místních skupin galaxií, kup a nadkup galaxií. Je zde také vysvětlen tzv. kosmologický princip. Podle tohoto principu se vesmír zdá z dostatečné vzdálenosti homogenním a izotropním (ve všech směrech má stejné vlastnosti). Dějiny vesmíru a rozpínání vesmíru bychom našli v podkapitole Kosmologie. Poslední kapitolou jsou Dodatky, kde se dozvídáme o moţnostech mimozemského ţivota ve vesmíru, o kalendářích a historii poznávání vesmíru.
15
3.8 Fyzika pro IV. ročník gymnázií [20] Celé tři předposlední kapitoly se tato učebnice z roku 1987 věnuje Astrofyzice. První z nich Záření – zdroj informací o hvězdách a vesmíru – se věnuje vzdálenostem ve vesmíru a fyzikálním veličinám popisujícím hvězdy (hmotnost, zářivý výkon), a jiným základním údajům (spektra hvězd). Další kapitola se věnuje zdrojům energie ve hvězdách, vznikem, vývojem a závěrečnými stádii hvězd a znázorňování tohoto vývoje na stavových diagramech hvězd (HertzsprungůvRussellův diagram). Konkrétněji zde popisuje také vznik naší sluneční soustavy. Popis jednotlivých objektů planetárního systému zde ovšem není. Poslední kapitola věnovaná astrofyzice se jmenuje Struktura a vývoj vesmíru. Autor se zde stejně jako Macháček věnuje i naší Galaxii a větším seskupením (místní skupiny galaxií, kupy galaxií, nadkupy galaxií). Je zde také vysvětlen kosmologický princip.
3.9 Physik III A Mechanik [14] Další německá učebnice je určena pro ţáky středních škol. Pochází z roku 1973. Kuhn zde věnuje postupnému objevování pohybu těles v naší sluneční soustavě celou první kapitolu. Autor začíná svojí učebnici historickými představami fungování vesmíru od antiky aţ po středověk. V podkapitole Astronomie od Koperníka po Keplera jsou popsány heliocentrické názory Mikuláše Koperníka, pozorování Tychona Brahe a zákony definované Keplerem. O kaţdém astronomovi si můţeme také přečíst jeho stručný ţivotopis. Samotné Keplerovy zákony jsou zde uvedeny v podobném znění jako v jiţ dříve jmenovaných českých učebnicích. Jsou však částečně doplněny i matematickým odvozením. K odvození 3. Keplerova zákona mají ţáci nejprve vyplnit tabulku pro prvních šest planet. Doplňují vţdy dobu oběhu T (v pozemských letech) a její druhou a třetí mocninu, délku hlavní poloosy a (v astronomických jednotkách AU) a její druhou a třetí mocninu. Z porovnání hodnot pro T2 a a3 je poté vysloven 3. Keplerův zákon. Obdobně vyvozují tento zákon i ţáci během projektu popsaného v dalších kapitolách mojí práce.
3.10 Physik Oberstufe M [1] Další německá učebnice je určena pro ţáky středních škol. Pochází z roku 1975. Pátá kapitola je věnovaná pohybu planet a gravitaci. Obdobně jako v minulé učebnici i zde Bader začíná seznámením ţáků s historickými představami. Věnuje se jim ovšem mnohem méně podrobně neţ Kuhn [14]. Stejně jako v českých učebnicích pojednává i zde autor o umělých druţicích Země. Setkáme se zde i s kruhovou a parabolickou rychlostí. 16
4 Projektové vyučování 4.1 Historie projektového vyučování Přestoţe je projektová výuka pro mnohé v dnešní době novinkou, není tomu tak. Zrod projektové výuky je podle Dvořákové [5] úzce spjat s kritikou tzv. herbartovské školy. Herbartovská škola ovlivňovala výuku v Evropě i Americe. Potlačovala jakoukoliv aktivitu ţáka, protoţe převládal názor, ţe kaţdá aktivita mu brání v pozornosti. Dítě mělo pouze sedět, často i s rukama za zády, mlčet a učit se zpaměti slova učitele, aniţ by jim rozumělo či je později umělo vyuţít v praxi. Ţáci se neodvaţovali poloţit učiteli ani otázku. Pomůcky slouţily pouze pro demonstraci a pouţíval je pouze učitel. Teprve na konci 19. století se zvedla vlna kritiky tohoto modelu vyučování. Mezi velké kritiky určitě patří švédská lékařka E. Keyová, podle níţ je 20. století „stoletím dítěte“. Začalo se pracovat s dětskou zvídavostí a aktivitou. Vţdyť dítě je uţ od narození zvídavé, touţí po nových objevech a snaţí se poznat okolní svět. Podle Coufalové [4] se snaha integrace učiva do větších celků objevuje jiţ v práci Jana Amose Komenského (1592–1670) Škola hrou. Na počátku 19. století můţeme mluvit o spontálních projektech podle Johanna Heinricha Pestalozziho (1746–1827). Také Konstantin Dmitrijevič Ušinskij (1824–1871) a Ovide Decroly (1871–1932) prosazovali koncentraci učiva podle zájmů dítěte. I kdyţ pojem projekt pochází jiţ ze začátku 18. století, tak za první s ním úzce spjaté osobnosti můţeme povaţovat aţ Johna Deweye (1859–1952) a Williama Hearda Kilpatricka (1871–1965), které uvádí také Coufalová [4]. Na přelomu 19. a 20. století vzniklo v USA tzv. hnutí progresivní výchovy. Na konci 19. století se často objevuje kritika tehdejšího způsobu výuky, který nerespektoval zájmy a zkušenosti dětí a potlačoval jejich přirozenou aktivitu. Stoupenci tohoto hnutí nahrazují dril a disciplínu projektovým a problémovým vyučováním. Ideu změny amerického školství můţeme připsat Johnu Deweyemu. Podle něj je dítě komplexní bytostí a mělo by být uváděno do situací, ve kterých bude i v dospělosti. Prosazoval tzv. činnou školu (učení konáním). Podle něj má dítě potřebu se učit, mělo by vědět, proč se učí, a přát si to. Deweyeho myšlenky uvedl do praxe jeho spolupracovník William Kilpatrick. Ten navrhl koncentrovat látku v projektech, které vycházely ze ţivota dětí. Důleţité nebylo tolik aţ samotné učivo, ale rozvoj osobnosti, smyslu pro odpovědnost a mnohé další. Maňák [17] spatřuje v učení v projektech touhu po změně strnulé, direktivní výuky a vzdálení školy skutečnému ţivotu. První experimentální ověření této metody provedl E. Collings. Ţáky ve věku 6–14 let v experimentální škole rozdělil do tří věkových skupin. Kaţdodenně pak probíhaly 4 činnosti: 17
vycházky, povídky, zábavy a ruční práce. Výsledky srovnával se dvěma kontrolními školami. Po 4 letech (1917–1921) byly výsledky ţáků experimentální školy lepší. I kdyţ tyto výsledky nejsou nezpochybnitelné, ukazují, ţe projektová metoda má vedle výchovného efektu i vzdělávací efekt. Změna organizace škol se poté objevila na mnoha amerických školách. V padesátých a šedesátých letech se ale opět objevují snahy po větším řádu, soustavnosti a systematičnosti ve vzdělávání. [4] Školství v našem území na přelomu 19. a 20. století podléhalo tradici a značně ho ovlivňovala herbartovská filozofie a psychologie. Typické jevy byly formalismus, pedantství a nerespektování potřeb dětí. Od začátku minulého století se objevovaly snahy o změnu, zejména pod vlivem hnutí nové výchovy, pragmatismu a objevů na poli psychologie. Ale ke změně školství docházelo velmi pozvolna. [13] Poprvé bylo projektové vyučování na našich obecných a měšťanských školách, jak píše Dvořáková [5], zkoušeno ve dvacátých a třicátých letech minulého století. Coufalová [4] uvádí, ţe u nás projektovou metodu prosazovali například Václav Příhoda (1889–1979), Jan Uher (1891–1942), Stanislav Vrána (1888–1966) a Karel Velemínský (1880–1934), kteří studovali v USA přímo u Johna Deweye. Ve světě se setkáváme se znovuobjevením projektů v šedesátých letech minulého století, u nás aţ v letech devadesátých. Původní představa se postupně vyvíjí. V dnešní době se klade důraz na problémový charakter řešené úlohy a spojitost se společností a okolím. Výsledkem by měl být komplexně vyřešený pracovní úkol, během řešení si ţák má osvojit potřebné vědomosti a dovednosti. [17] U nás se projekty objevují aţ v 90. letech 20. století. Důvodem nebyla ani tak snaha navázat na reformní pedagogiku, ale zvýšení motivace ţáků. Nejprve učitelé měli problémy s úpravou rozvrhu, protoţe byly pevně dané učební plány a rozvrh hodin. Situace se ale postupně zlepšovala a dnes díky rámcovým vzdělávacím programům lze projektovou výuku snadno realizovat. [5]
4.2 Co je projekt „Žádná společnost by neměla dopustit devalvaci školního vzdělávání na pouhé vědomostní výkony a jejich měření. Cílem výchovy a vzdělávání by měl být člověk myslící, tvořící, uplatňující vzdělávání v životě, člověk zdravý, s radostí ze života, harmonicky rozvinutý a sociálně přizpůsobený.“ (Kašová [5], str. 80) 18
Myslím, ţe by bylo velmi poučné řídit se podle motta Kašové: „Mozek se učí jen tehdy, když vytváří smysluplné programy, které mají pro člověka význam.“ (Kašová [5], str. 38) Podle Maňáka [17] můţeme projekt vymezit jako „komplexní praktickou úlohu (problém, téma) spojenou se životní realitou, kterou je nutno řešit teoretickou i praktickou činností, která vede k vytvoření adekvátního produktu“. (Maňák [17], str. 168) „…projektová výuka je metoda, jejímž prostřednictvím se žáci učí systematickému řešení problému nebo konkrétního úkolu. Práce na projektu by tedy měla probíhat v logických, postupných krocích.“ (Kašová [5], str. 53) Podle Kašové by v kaţdém projektu měly být zastoupeny motivace, mapování, třídění, řešení, tvorba produktu a reflexe, přičemţ produkt by měl být uţitečný a smysluplný. Právě jedním z významných pozitiv projektové výuky je propojení práce ve škole s reálným ţivotem. Důleţitá pro ţáky je moţnost vlastní volby – pracovního tempa, informačních zdrojů, rozdělení rolí ve skupině, postupů řešení, … Protoţe ţáci se zaměří téměř výhradně na výsledný projekt, je úkolem pedagoga sledovat cestu, po které se jednotlivé skupiny vydaly. Podle Kašové [5] je výchovně vzdělávací projekt integrovaným vyučováním, které má za úkol postavit ţáky před reálné a zároveň řešitelné problémy. Aby mohli tento úkol splnit, musí vyhledat a zpracovat mnoho nových informací, organizovat svoji práci, případně i práci ostatních, pracují-li ve skupinách, formulovat vlastní názory, diskutovat a spolupracovat. Poznatky během projektové výuky musí sami objevit. Ţáci poznají nejen novou látku, ale také sami sebe – své moţnosti, schopnosti a svoji cenu. Důleţité je propojení školy se skutečností. Proč právě projektové vyučování? Na tuto otázku nám odpoví Coufalová [4], která začíná svojí publikaci zamyšlením nad rozdíly mezi „školou“ a „reálným světem“. V případě klasických výukových metod rozdělených do jednotlivých předmětů se nám škola můţe zdát velmi vzdálená realitě. Podle některých je to tak správné – vţdyť škola nás má pouze připravit na ten skutečný ţivot. Projektová výuka se na celou problematiku dívá jinak. Podle ní přeci dítě ve škole je součástí skutečného světa a ten je interdisciplinární. Přejdeme tedy od parciálního pohledu z úhlu jednoho předmětu k pohledu globálnímu. Stejně jako v běţném ţivotě se zde uplatňují poznatky různých vědních oborů formou integrace učiva. Tradiční vyučování se zvláště dříve zaměřovalo na získání nových poznatků. V dnešní době má učitel povinnost rozvíjet i osobnost ţáka, naplňovat klíčové kompetence. Ţák se také pro budoucí ţivot musí naučit jednat s lidmi. „ Budoucí pracovní uplatnění bude vyžadovat vedle intelektuálních dovedností i způsobilost pracovat v týmu, osobně se angažovat v řešení problémů, brát na sebe rizika, přispívat k soudržnosti týmu apod.“ (Coufalová [4], str. 16) „Část mládeže opouští školu s vědomostmi, dovednostmi, schopnostmi a postoji, které nemohou využít na trhu práce. Naznačuje to, že škola je naučila něco jiného, než potřebují 19
pro život, že škola sama je o něčem jiném než život. I když se nejedná o jediné kritérium pro hodnocení vzdělávacího procesu, jde o kritérium významné a nelze před ním zavírat oči.“ (Coufalová [4], str. 14) Pro ţáka můţe být podle Coufalové [4] také frustrující, ţe jím získané poznatky v praxi nevyuţije. Oproti tomu projektová metoda umoţňuje vyuţití poznatků při řešení problémů. Snadno lze s její pomocí probudit v ţácích touhu po řešení problému, vzbuzuje jejich aktivitu. Na rozdíl od tradiční výuky, kdy ţáci dostávají poznatky „do zásoby“, aby je mohli někdy v budoucnu případně uplatnit v opravdovém ţivotě, projekt nabízí uplatnění znalostí okamţitě, ţáci vidí jejich smysl a uţitečnost. „Cenné je i pochopení, že dosavadní poznatky k řešení všech problémů nestačí, že je bude třeba dále rozvíjet a získávat nové poznatky. Projekt se tak může stát motivací pro další učení.“ (Coufalová [4], str. 14) Podle Maňáka [17] je pro projektovou výuku typické překročení hranic školy. Běţně zasahuje do přírody, výrobního procesu nebo například do společnosti a společenského ţivota. Podle Coufalové [4] je nejvhodnější u projektů, pakliţe se vztahují k něčemu mimo školu a také se realizují mimo ni. Děti se mnohem raději aktivně zapojují do něčeho, co přesáhne školní prostředí a bude uţitečné třeba pro celou obec. Účastníci se při ní aktivně začleňují do ţivotní praxe, jak píše Maňák [17], a za své výsledky přejímají odpovědnost, jedná se o věc ţáků. Ţivotní realitě neodpovídá v projektové výuce pouze námět a řešený problém. V dnešní době neřeší zaměstnanec téměř ţádné firmy zadaný úkol sám, častá je práce v týmech. Vţdy má také moţnost podívat se do příručky, návodu či rad na internetu, zeptat se zkušenějších kolegů. A nyní se podívejme na klasické ústní zkoušení u tabule, vědomostní test nebo písemnou práci. Tyto činnosti patří u ţáků k velmi neoblíbeným (viz odpovědi ţáků). Ţáci, kteří umějí pravidlo nazpaměť, ale bez hlubšího pochopení ho pouze přeříkají, jsou často hodnoceni jako úspěšní. Naproti tomu ţák, který ví přesně, kde dané pravidlo najít a jak ho v dané situaci správně pouţít a pouze si nemůţe vzpomenout na jeho přesné znění, je hodnocen jako neúspěšný. [4] Typický je komplexní pohled na daný problém, protoţe na rozdíl od izolovaných školních předmětů je pohled v běţném ţivotě vţdy sloţený z dílčích pohledů z více úhlů. Dalším kladem je tedy integrace učiva. Člověk se přeci v reálném ţivotě také většinou nesetká s problémem úzce vymezeným, pro jehoţ vyřešení stačí pouţít pouze jeden školní předmět. Mnohem častěji je nutné na daný problém současně nahlíţet z více úhlů. Vţdyť i v klasické výuce probíráme stejné téma často v různých předmětech, ale bohuţel odděleně a bez souvislostí. Ţáky proto znovu probírané učivo často nudí, protoţe to samé uţ přeci slyšeli 20
před nějakou dobou od jiného vyučujícího. Podíváme-li se ale na jednu konkrétní věc současně z pohledu více předmětů, snadněji objevíme souvislosti. [4] Výhodami projektového vyučování je zvýšení motivace, iniciativy a odpovědnosti ţáků. Rozvíjí také jejich vytrvalost, kreativitu, sebedůvěru a spolupráci, propojuje výuku se skutečným ţivotem a reálnými problémy, přináší změnu a obohacení klasické výuky. [17] Projekty jsou vhodné podle Coufalové [4] k rozvoji fantazie a kreativity, protoţe ţáci nemají pevně stanovený postup, sami si určují cestu a plánují jednotlivé kroky. Učitel musí přijmout skutečnost, ţe za správné řešení nelze povaţovat pouze to jediné, které si naplánoval a pomocí něhoţ se ţáci naučí vybrané učivo. Správná řešení jsou všechna, která vedou k cíli. Vhodné je také vyzdvihnout při slovním hodnocení právě tyto jedinečné postupy. Podle Kašové [5] je dalším velkým přínosem to, ţe vyučující má moţnost pozorovat ţáky v nových situacích a rolích. Díky tomu učitel můţe odhalit vlohy a potřeby dítěte a zaměřit se na ně při dalším vyučování. Snadněji lze také odhalit individuální pokrok studentů na úrovni výstupů z oblasti poznatků i klíčových kompetencí. Doposud jsme mluvili převáţně o kladech a přínosech pro dítě. Můţeme je shrnout například v následujících bodech z pohledu vyučujícího. Význam z pohledu pedagoga a psychologa vidí Kašová [5] hlavně v následujících bodech: 1. přirozený a nenásilný způsob poznávání 2. respektuje potřeby a moţnosti dítěte 3. pozitivní vývoj jeho osobnosti 4. poznatky získává spojené s proţitky a smyslovým vnímáním 5. příprava na řešení globálních problémů 6. spojitost s reálným světem Na pozitivní vliv projektů se ale můţeme podívat i z pohledu samotného dítěte. Kašová [5] si cení převáţně následujícího: 1. dítě nachází smysl poznávání a vzdělávání 2. není nuceno přejít k novému tématu a můţe reagovat na chybu 3. věnuje se skutečnému ţivotu 4. nachází sebe sama, své moţnosti a sebedůvěru 5. pozitivní vztah ke škole
21
4.3 Průběh projektu Průběh projektu můţeme rozdělit na několik fází. Přesné názvy jednotlivých fází se u různých autorů sice liší, ale jejich obsah je stejný. Maňák [17] například uvádí: 1. stanovení cíle, 2. vytvoření plánu řešení, 3. realizace plánu, 4. vyhodnocení. Během fáze stanovení cíle mají ţáci přijmout úkol za svůj, ztotoţnit se s ním. V práci učitele tedy převaţují techniky motivace studentů. Při formulaci úkolu je důleţité podnítit motivaci ţáků, projekt by měl být smysluplný. Úkol by měl být konkrétní, reálný, zajímavý a uţitečný. [5] Do oblasti vytvoření plánu řešení patří rozdělení dílčích úkolů včetně způsobu, jak je na závěr prezentovat. Realizace plánu by poté měla sledovat rozvrh zhotovený v přecházející fázi. Do této části patří vyhledávání informací, provádění pozorování, exkurze, měření, … Řadíme sem nejen dokumentaci získaných údajů, ale i přepracování chybně zvolených postupů. Ţáci se mimo jiné učí vnímat, pozorovat a experimentovat. Coufalová [4] poukazuje na fakt, ţe v současnosti máme nepřeberné mnoţství informací. Škola by proto měla ţáky naučit v nich vyhledávat a třídit je. Projekty nutí ţáky nepracovat pouze s učebnicí, ale vyhledávat informace v odborné literatuře nebo častěji na internetu. Je vhodné vést ţáky k ověřování nalezených dat, pouţití více zdrojů a rozhodování o jejich důvěryhodnosti. Jedná se o zcela odlišný způsob od „tradiční“ transmisivní výuky. Poslední fáze je věnována zhodnocení nejen dosaţených výsledků (jako je tomu u klasických metod), ale také postupu, jak se ţákům pracovalo, přínosu jednotlivých studentů, … Podobně rozděluje projekt Coufalová [4], podle které zahrnuje projektová výuka následující kroky: 1. identifikace problému 2. definování problému 3. vytvoření strategie řešení problému 4. organizace informací týkajících se problému 5. rozvrţení zdrojů 6. monitorování řešení problému 7. zhodnocení řešení problému 22
Velkým pozitivem projektového vyučování je rozvoj klíčových kompetencí, zvláště kompetence k řešení problémů. „ U nejčistší podoby projektu je zpravidla jádrem problém, tj. obtíž, se kterou se žáci musejí vyrovnat. Během hledání řešení vyvíjejí různé intelektuální aktivity. Jakmile je (většinou společně) problém identifikován a popsán, začíná strategie jeho řešení.“ (Coufalová [4], str. 17) Během navrhování řešení je uplatněno divergentní myšlení, hledáním vhodného způsobu je potom uplatněno konvergentní myšlení. Protoţe většinou při řešení ústředního problému musí ţáci řešit nejprve dílčí problémy, rozvíjí se syntéza i analýza. Konečnou fází je vţdy zhodnocení toho, zda závěr, ke kterému jsme dospěli, je skutečným řešením problému. Hodnocení projektu by mělo být spíše pozitivní a konstruktivní, opřeno o sebekritiku. V rámci vyhodnocení ţáci prezentují svoji práci nejen před spoluţáky a vyučujícími, ale je velmi vhodné seznámit s výsledky i širší veřejnost (ţáky ostatních tříd, rodiče nebo i celou obec). Uspořádáním výstavy nebo přednášky mají studenti pocit uspokojení a seberealizace, práce je pro ně smysluplná. Právě proto je projektová metoda vhodná k posílení sebedůvěry i výkonově slabších ţáků. [17] Podle Dvořákové [5] je nutno do hodnocení zapojit především samotného ţáka, přičemţ cílem není pouze hodnotit výsledky projektu, ale především jeho průběh. Učitel můţe připravit ţákům otázky nebo dotazníky. „Hodnocení se soustředí nejen na nově osvojené vědomosti, dovednosti a klíčové kompetence, ale reflektuje i postoje a sociální dovednosti. V reflexi žáci mohou vyjádřit své prožitky a pocity, poděkovat spolužákům za spolupráci, vyjádřit, co se dozvěděli nového o sobě a o druhých.“ (Dvořáková [5], str. 19)
4.4 Typy projektového vyučování Jednotlivé projekty můţeme rozdělovat podle mnoha kritérií – délky trvání, počtu ţáků, učiva atd. Jedním z moţných dělení projektového vyučování, které uvádí například Maňák [17], je podle časového rámce. Projekty rozdělujeme na: 1. krátkodobé (v rozsahu hodin), 2. střednědobé (jeden či dva projektové dny), 3. dlouhodobé (např. projektový týden), 4. mimořádně dlouhodobé (můţe probíhat po dobu i několika měsíců, nejčastěji souběţně s klasickou výukou). Pro dlouhodobé projekty je typické zapojení práce více tříd, často i celé školy. Náročnost dílčích úkolů je poté přizpůsobena dovednostem ţáků z jednotlivých ročníků. 23
Příklad celoškolního projektu si můţeme přečíst například v díle Kašové [5]. Zadání přitom zní Přivítejme jaro hrou, pohybem a prací. Schéma je poté následující: 1. a 2. ročník se věnuje oblasti her (katalog her), 3. a 4. ročník oblasti umění (literární a výtvarná díla, vystoupení), 5. a 6. ročník oblast pohybu (návrhy výletů, uspořádání turnajů), 7. a 8. ročník oblasti práce (úklid zahrady, výzdoba školy), 9. ročník oblasti zpravodajství (reportáţe z projektového dne). Další dělení je poté podle počtu ţáků. Rozlišujeme individuální projekty a skupinové projekty. Skupiny jsou často po stránce věku homogenní (ţáci jedné třídy), ale můţeme vytvořit i věkově smíšené skupiny, které tvoří ţáci z více tříd. Tomková [5] popisuje, ţe individuální projekt stojí v pozadí skupinových projektů. Ale právě individuální projekt slouţí k osamocování ţáka, volbě a naplnění jeho zájmů. Rozhodně ale nesmíme individuální projekt zaměňovat s referátem přečteným před třídou. Ţáci musí vymýšlet postup, který vede k řešení problémů. Stejně jako u skupinového projektu je i zde důleţitější cesta neţ výsledný produkt. Individuální projekty můţeme vyuţít také při přípravě ţáků na pozdější skupinové projekty. Skupinové projekty rozvíjejí u ţáků více klíčových kompetencí. Kromě klíčové kompetence k řešení problémů a k učení jsou to samozřejmě komunikační, pracovní a sociální kompetence. V některých případech probíhá projekt (častěji krátkodobý) pouze v rámci jednoho předmětu, mnohem častěji ale mluvíme o vícepředmětových projektech. Ty připravuje společně více učitelů a ţáci na nich často pracují ve vymezených blocích výuky nebo právě v těchto předmětech.
4.5 Projekty na střední škole Mnoho našich autorů se věnuje vyuţití projektového vyučování na prvním stupni základní školy. Já jsem se inspirovala například pracemi Coufalové [4] a Kašové [5]. Kašová se ve své knize věnuje také projektům pro druhý stupeň základní školy a celoškolním projektům. Také při vyhledávání na internetu snadno nalezneme návrhy z různých oblastí určené pro ţáky základních škol. Je ale mnohem obtíţnější najít ukázky projektů určené pro starší studenty. Nabízí se tedy otázka, zda je projektová metoda vhodná pouze pro děti do patnácti let. Podle mého názoru lze projektovou výuku zařadit do libovolného ročníku, pouze pro ni musíme najít vhodné téma. 24
V další kapitole své práce bych chtěla popsat projekt určený pro ţáky devátých ročníků základních škol a prvních ročníků středních škol (především gymnázií). Projekt věnovaný astronomii Navrhněte umělý obyvatelný měsíc Jupitera zasahuje do tří předmětů – fyziky, informatiky a výtvarné výchovy. Pomocí psychologie poté budu ověřovat, zda je projektová metoda vhodná i pro tyto studenty. Pro srovnání vţdy budu mít vybranou ve stejné škole paralelní třídu, kde bude probíhat výuka klasickým způsobem.
25
5 Základní pojmy z oblasti pedagogiky a psychologie V této kapitole se budu zabývat pojmy klíčové kompetence a sociometrická pozice. Při výzkumu je totiţ důleţité nejen to, jak si ţáci osvojili jednotlivé poznatky, ale neméně důleţité je rovněţ sledování sociometrické pozice jednotlivých ţáků ve třídě a osvojení klíčových kompetencí ţáky.
5.1 Klíčové kompetence „Klíčové kompetence (dovednosti) je soubor požadavků na vzdělání, zahrnující podstatné vědomosti, dovednosti a schopnosti univerzálně použitelné v běžných pracovních a životních situacích.“ (Mareš [18], str. 99) Podle rámcových vzdělávacích programů je rozvíjení klíčových kompetencí cílem výuky. Úkolem učitele je kompetence u ţáků rozvíjet. V rámcovém vzdělávacím programu se popisují následující klíčové kompetence. Kompetence k učení „Žák:
Své učení a pracovní činnost si sám plánuje a organizuje, využívá je jako prostředku pro seberealizaci a osobní rozvoj.
Efektivně využívá různé strategie učení k získání a zpracování poznatků a informací, hledá a rozvíjí účinné postupy ve svém učení, reflektuje proces vlastního učení a myšlení.
Kriticky přistupuje ke zdrojům informací, informace tvořivě zpracovává a využívá při svém studiu a praxi.
Kriticky hodnotí pokrok při dosahování cílů svého učení a práce, přijímá ocenění, radu i kritiku ze strany druhých, z vlastních úspěchů i chyb čerpá poučení pro další práci.“ (Hausenblas [7], str. 13–16)
Kompetence k řešení problémů „Žák:
Rozpozná problém, objasní jeho podstatu, rozčlení ho na části.
26
Vytváří hypotézy, navrhuje postupné kroky, zvažuje využití různých postupů při řešení problému nebo ověřování hypotézy.
Zvažuje možné klady a zápory jednotlivých variant řešení, včetně posouzení jejich rizik a důsledků.
Uplatňuje při řešení problémů vhodné metody a dříve získané vědomosti a dovednosti, vedle analytického a kritického myšlení využívá i myšlení tvořivé s využitím představivosti a intuice.
Kriticky interpretuje získané poznatky a zjištění a ověřuje je, pro své tvrzení nachází argumenty a důkazy, formuluje a obhajuje podložené závěry.
Je otevřený využití různých postupů při řešení problémů, nahlíží na problém z různých stran.“ (Hausenblas [7], str. 40–43)
Kompetence komunikativní „Žák:
S ohledem na situaci a účastníky komunikace efektivně využívá dostupné prostředky komunikace, verbální i neverbální, včetně symbolických a grafických vyjádření informací různého typu.
Používá s porozuměním odborný jazyk a symbolická a grafická vyjádření informací různého typu.
Efektivně využívá moderní informační technologie.
Vyjadřuje se v mluvených i psaných projevech jasně, srozumitelně a přiměřené tomu, komu, co a jak chce sdělit, s jakým záměrem a v jaké situaci komunikuje; je citlivý k míře zkušeností a znalostí a k možným pocitům partnerů v komunikaci.
Prezentuje vhodným způsobem svou práci i sám sebe před známým i neznámým publikem.
Rozumí sdělením různého typu v různých komunikačních situacích, správně interpretuje přijímaná sdělení a věcně argumentuje; v nejasných nebo sporných komunikačních situacích pomáhá dosáhnout porozumění.“ (Hausenblas [7], str. 53–56)
Kompetence sociální a personální „Žák:
Posuzuje reálně své fyzické a duševní možnosti, je schopen sebereflexe.
Stanovuje si cíle a priority s ohledem na své osobní schopnosti, zájmovou orientaci životní podmínky. 27
Odhaduje důsledky vlastního jednání a chování v nejrůznějších situacích, své jednání a chování podle toho koriguje.
Přizpůsobuje se měnícím se životním a pracovním podmínkám a podle svých schopností a možností je aktivně a tvořivě ovlivňuje.
Aktivně spolupracuje při stanovování a dosahování společných cílů.
Přispívá k vytváření a udržování hodnotných mezilidských vztahů založených na vzájemné úctě, toleranci a empatii.
Projevuje zodpovědný vztah k vlastnímu zdraví a k zdraví druhých.
Rozhoduje se na základě vlastního úsudku, odolává společenským i mediálním tlakům.“ (Hausenblas [7], str. 72–76)
Kompetence občanská „Žák:
Informovaně zvažuje vztahy mezi svými zájmy osobními, zájmy širší skupiny, do níž patří, a zájmy veřejnými, rozhoduje se a jedná vyváženě.
O chodu společnosti a civilizace uvažuje z hlediska udržitelnosti života, rozhoduje se a jedná tak, aby neohrožoval a nepoškozoval přírodu a životní prostředí ani kulturu.
Respektuje různorodost hodnot, názorů, postojů a schopností ostatních lidí.
Promýšlí souvislosti mezi svými právy, povinnostmi a zodpovědností; k plnění svých povinností přistupuje zodpovědně a tvořivě, hájí svá práva i práva jiných, vystupuje proti jejich potlačování a spoluvytváří podmínky pro jejich naplňování.
Rozšiřuje své poznání a chápání kulturních a duchovních hodnot, spoluvytváří je a chrání.
Chová se informovaně a zodpovědně v krizových situacích a v situacích ohrožujících život a zdraví, poskytne ostatním pomoc.
Posuzuje události a vývoj veřejného života, sleduje, co se děje v jeho bydlišti a okolí, zaujímá a obhajuje informovaná stanoviska a jedná k obecnému prospěchu podle nejlepšího svědomí.“ (Hausenblas [7], str. 92–95)
Hansen Čechová [6] uvádí jako důvody pro rozvoj sebehodnocení ţáků následující:
„Činíme žáka spoluzodpovědným za jeho vlastní rozvoj.
Dovednost sebehodnocení vede k rozvoji osobnosti.
Sebehodnocení nepoškozuje sebepojetí žáků, nezraňuje je. 28
Sebehodnocení má individuální platnost, díky němu může probíhat hodnocení všech žáků ve třídě.
Žáci mohou dovednost sebehodnocení využívat i v mimoškolním životě.“ (Hansen Čechová [6], str. 13)
Hansen Čechová [6] poukazuje na trend, ţe učitelé v odpovědích ţáků vţdy hledají chyby. Hodnocení potom například zní: Udělal jsi dvě chyby z deseti příkladů. Pro ţáky by ale bylo mnohem příjemnější hodnocení: Máš osm příkladů dobře. Oba příklady hodnocení popisují stejnou situaci, ale v přijetí ţákem jsou velké rozdíly. Chvála je vţdy účinnějším nástrojem neţ kritika. Je vhodné ţáky povzbudit a ocenit. Zatímco první hodnocení poukazovalo na nedostatky ţáka a tedy poukazuje na to, ţe v budoucnu můţe opět udělat chybu, druhé hodnocení poukazuje na to, ţe ţák něco zvládl a v budoucnu můţe zvládnout vše. V projektové metodě proto vţdy hodnotíme postup, správné kroky a správné výsledky. U chyb vţdy poskytujeme radu, jak je moţno ji napravit. Pro rozvoj klíčových kompetencí je vhodné pouţít metody aktivního učení. Na rozdíl od pasivního učení při aktivní výuce provádějí většinu práce sami ţáci – řeší problémy a aplikují získané vědomosti. Při pokládání dotazníků někteří ţáci uvedli, ţe je nebaví transmisivní výklad a pasivnější činnosti. Nyní si shrneme hlavní charakteristiky aktivního učení, které uvádí ve svém díle Hansen Čechová [6]:
„Žáci více pracují, než naslouchají;
Menší důraz je kladen na sdělování informací a více je zdůrazněno rozvíjení dovedností žáků;
Obsahuje vyšší úrovně myšlení z Bloomovy taxonomie (analýza, syntéza, hodnocení);
Je upřednostněn rozvoj postojů a hodnot žáků.“ (Hansen Čechová [6], str. 33)
5.2 Sociometrická pozice Sociometrická pozice je umístěním jednotlivce v soustavě skupinových (společenských) vztahů, vyjadřujících stupně vzájemné přitaţlivosti, odpudivosti či lhostejnosti jedněch vůči druhým. Na postavení, pozici ţáka ve skupině závisí často jeho úspěchy v učení či práci a zvláštnosti jeho chování. Sociální pozici ve skupině vysvětluje Kalabza [25] následovně. 29
„Sociální pozice ve skupině jsou označením pro rozdíly mezi členy z hlediska jejich významu ve skupině. Členy skupiny je možno z hlediska pozice seřadit do hierarchie. Ve skupině může člen zaujímat různé pozice v různých oblastech skupinového života, i když existuje tendence k jejich vyrovnání. Důležité jsou zejména tři kategorie pozic, a to: pozice podle vlivu, pozice podle kompetence a pozice podle popularity. Subjektivní pozice je představa člena o vlastní pozici ve skupině. Nemusí se krýt s objektivní pozicí, zejména u jedinců senzitivních s pocity méněcennosti. Úkolem výchovy je upravovat tuto pozici tak, aby se členové ve skupině cítili přijímáni, oceňováni, aby se chtěli a mohli dále uplatnit. Objektivní pozice jsou uspořádány do hierarchického systému od jedinců nejoblíbenějších po izolované a zamítané. Každý jedinec ve skupině má svůj sociální status, který může být získaný, nebo připsaný. Status je stupeň společenského ocenění určitého sociálního znaku. Ovlivňuje ho především pozice, kterou jedinec zaujímá v určitém systému.“ [25] Pozice jedince ve skupině, která odráţí úroveň jeho popularity, se nazývá sociometrický status. Sociometrický status vyjadřuje statusovou pozici jedince ve třídě (nebo v jakékoliv jiné malé sociální skupině).
30
6 Popis projektu Navrhněte obyvatelný uměle vytvořený měsíc Jupitera V rámci diplomové práce jsem navrhla a realizovala projekt z astronomie z oblasti Keplerových zákonů. Zadání projektu znělo: Navrhněte obyvatelný uměle vytvořený měsíc Jupitera. Podle mnohých Školních vzdělávacích programů mají být ţáci seznámeni s Keplerovými zákony a základy astronomie v prvních ročnících středních škol (zvláště gymnázií). Náročností jednotlivých dílčích úkolů a nutnými znalostmi je tedy projekt určen pro ţáky 9. ročníků základní školy a 1. ročníků střední školy. Projekt je koncipován jako krátkodobý v délce trvání přibliţně 5 vyučovacích hodin (moţno projekt realizovat i jako šestihodinový). Nejedná se o jednodenní projekt, protoţe projektová výuka neprobíhá blokově, nýbrţ v jednotlivých hodinách fyziky a následně v hodinách výtvarné výchovy. Zahrnuje znalosti a dovednosti z více předmětů, a to především fyziky, informatiky a výtvarné výchovy. Samozřejmě jsou zde i mezipředmětové vztahy s dalšími předměty. Celá výuka probíhá v budově školy, ale je vhodné, aby ţáci měli moţnost hledat informace na internetu a na počítači také vytvářeli konečné prezentace. Proto první tři hodiny probíhaly vţdy v počítačové učebně. Díky dataprojektoru bylo moţné úvodní prezentaci učitele i výstupní prezentace ţáků promítat na plátno. Projekt je koncipován jako skupinový. Výhodou skupinového projektu je totiţ například rozvoj komunikačních a sociálních klíčových kompetencí, na rozdíl od individuálního projektu, při němţ jsou rozvíjeny pouze kompetence k řešení problémů a pracovní. O tom, zda a jaké kompetence lze konkrétně tímto projektem rozvíjet, se přesvědčíme pomocí dotazníků. Ţáci se při projektu učí spolupráci, obhajování svých názorů, rozdělení pracovních povinností, odpovědnosti nejen za sebe, ale i za ostatní členy týmu a mnohé další dovednosti potřebné pro budoucí ţivot. Na přelomu října a listopadu jsem na Benešově základní škole učila ţáky jedné deváté třídy (výzkumný vzorek) Keplerovy zákony projektovou metodou. Součástí projektu byla i výuka výtvarné výchovy pod vedením Mgr. Ivany Remsové (učitelka výtvarné výchovy). Výstupem této části projektu byla malba. Ve druhé deváté třídě (srovnávacím vzorku) probíhala současně výuka klasickými metodami (výklad, …). Poprvé jsem projektovou metodu tedy vyzkoušela v devátých ročnících základní školy. V září 2010 jsem prostřednictvím RNDr. Miroslava Randy, Ph.D. kontaktovala Benešovu základní školu a mateřskou školu Plzeň (Doudlevecká 35, Plzeň). V průběhu měsíce října jsem ţákům výzkumné i kontrolní třídy zadala vstupní vědomostní testy z oblasti astronomie
31
(viz příloha). Proběhlo také testování z oblasti pedagogických a psychologických disciplín – formou dotazníků. Začátkem roku 2011 jsem prostřednictvím Doc. RNDr. Jany Coufalové kontaktovala vybraná gymnázia. Následně byl v březnu 2011 projekt uskutečněn v kvintách osmiletého studia Masarykova gymnázia (Petákova 2, Plzeň), v dubnu 2011 v kvintách osmiletého studia Gymnázia, Plzeň, Mikulášské nám. 23 a Gymnázia Ostrov (Studentská 1205, Ostrov). V květnu 2011 byl projekt ověřen v kvartách osmiletého studia Gymnázia Luďka Pika (Opavská 21, Plzeň). Před projektem a po projektu ţáci vyplňovali několik anket a absolvovala jsem s nimi jeden skupinový rozhovor. Cílem těchto dotazníků nebylo psychologické testování ţáků, ale testování metody projektové výuky. Touto formou jsem se snaţila zkoumat pozitivní i negativní stránky projektového vyučování pro ţáky na úrovni základního a středoškolského vzdělávání. Zaměřila jsem se například na to, zda a jak tato vyučovací metoda rozvíjí klíčové kompetence, ovlivní ţákovské hodnocení třídy, sebevědomí, proţívání klima ve třídě, vztah k fyzice, stres, nudu, schopnost kooperace a schopnost komunikace. Po proběhnutí projektu byli ţáci výzkumné i kontrolní třídy podruhé testováni, a to formou dotazníků a skupinového rozhovoru. Poté jsem data získaná testováním projektové i srovnávací třídy vyhodnocovala ve spolupráci s Mgr. Vladimírou Lovasovou, Ph.D z Katedry psychologie Fakulty pedagogické ZČU v Plzni. Celé testování projektové metody probíhalo v rámci dvouletého projektu (2010-2011) studentského grantového systému ZČU v Plzni Efektivita projektové metody ve vyučování matematiky, fyziky a informatiky, kde jsem byla členem řešitelského týmu.
6.1 Časový harmonogram projektu Jak jiţ bylo řečeno, projekt je koncipovaný jako krátkodobý v rozsahu pěti nebo šesti vyučovacích hodin. Nyní bych chtěla stručně nastínit rozvrţení práce v jednotlivých hodinách. 1. hodina: věnována téměř celá motivaci ţáků, při níţ se ţáci seznámí se zadáním projektu, jsou rozděleni do skupinek a hledají, jaké údaje se běţně uvádějí u planet a měsíců (na internetu, v encyklopediích, časopisech, … ) 2. hodina (v případě šestihodinového projektu jsou této fázi věnovány dvě hodiny): společně všechny skupiny sestaví tabulku, kterou ţáci budou postupně vyplňovat 32
jméno měsíce – Podle čeho se planety a měsíce obvykle pojmenovávají?
hmotnost a poloměr měsíce – Jaké bude tíhové zrychlení? Budeme moci mít dýchatelnou atmosféru?
doba rotace – Jak dlouhý bude den?
vzdálenost od Jupitera a doba oběhu – Nesrazíme se se stávajícím měsícem, nebudeme v pásu radiace ani v prstenci? Jak dlouhý bude oběh kolem Jupitera?
excentricita
3. hodina: jednotlivé skupiny prezentují svoji práci, probíhá diskuse nad klady a zápory jednotlivých projektů, hodnocení ţáků 4.–5. hodina: produkt projektu – skupiny výtvarně ztvární své výsledky (namalují část planety a napíší k ní její parametry)
6.2 Motivace O tom, zda daný projekt bude mít pozitivní odezvu či nikoliv, mnohdy rozhoduje právě prvotní motivace a následné přijetí problému ţákem. Já jsem pro vzbuzení zájmu ţáků pouţila několik názorných příkladů ze světa, který je jim blízký. Úvodní motivaci jsem doplnila prezentací v programu Powerpoint a často jsem ţákům pokládala otázky. V následujících odstavcích bych ráda stručně shrnula obsah. Na naší planetě Zemi ţije v dnešní době téměř 6,8 miliard lidí a počet obyvatel „modré planety“ neustále narůstá – o zhruba 80 milionů ročně. Zamysleme se nyní tedy nad moţnostmi, jak by se jednou v budoucnu dal problém s přelidněností řešit. Mohli bychom odstěhovat část populace například na jinou planetu či měsíc a to nejen v naší sluneční soustavě. Nad těmito otázkami uvaţují i tvůrci filmů. Mnozí z vás jistě znají film Avatar, kde lidstvo osídluje měsíc jménem Pandora. To, ţe se jedná o měsíc, můţeme usoudit například z jednoho záběru, kdy na obloze je vidět obří, nejspíše plynná planeta velmi připomínající náš Jupiter a 3 malé měsíčky. Ale nemusí se jednat pouze o sci-fi. Vţdyť i dnes přece máme několikačlennou posádku ve vesmíru – na Mezinárodní vesmírné stanici ISS. A sen chodit po Měsíci se lidstvu uţ také splnil (mise Apollo 11 dosáhla povrchu Měsíce s lidskou posádkou, Neilem Armstrongem, Edwinem „Buzzem“ Aldrinem, 20. července 1969).
33
V naší sluneční soustavě máme kromě Země 7 dalších planet, trpasličí planety (nyní 5) a mnoho měsíců (řádově stovky, jen u Jupitera nyní známe 63 měsíců). Přestoţe máme tedy opravdu bohatý výběr, obyvatelných objektů moc není. Doposud jsme neobjevili známky ţivota na ţádném jiném tělese. Problémů s obydlením jiné planety nebo měsíce by bylo mnoho. Asi bychom si nedokázali představit ţivot na plynné planetě, ale ani u jiných terestrických neboli kamenných planet by to asi nešlo. Důvodem by byly značně odlišné teploty, odlišné sloţení a hustota atmosféry. Pro představu teplotní rozdíly na Merkuru jsou největší v celé sluneční soustavě, od 90 K (– 183 °C) na straně odvrácené od Slunce aţ po 700 K (427 °C) na straně vystavené slunečním paprskům. Takovéto kolísání teplot během jednoho „dne“ – rotace planety kolem vlastní osy – by asi nikomu nebylo zrovna příjemné. A přitom ani Země nebude obyvatelná věčně, protoţe sluneční soustava se vyvíjí. Vznikla před 4,6 miliardami let gravitačním smršťováním obrovského mračna plynu a prachu. Postupně se tak zformovaly zárodky planet – planetesimály – a ve středu hvězda – naše Slunce. Ve Slunci od té doby probíhají termojaderné reakce – slučování vodíku na hélium. Přibliţně za 5 miliard let začnou ve Slunci probíhat i další termonukleární reakce a stane se červeným obrem. Tento další vývoj nebude ovšem pro planetu Zemi nijak příjemný, jak měli ţáci moţnost vidět na animaci. Rozměry Slunce se během této fáze budou nejprve pomalu a pak stále rychleji zvětšovat. Během přeměny v červeného obra Slunce roste a aktivnějším slunečním větrem „odfoukne“ nejdříve atmosféry planet a později i samotné planety. Jeho povrch změní barvu ze ţluté na červenou, protoţe teplota Slunce klesne ze současných 6 000 K na 3 000 K. Postupně bude růst, aţ pohltí planety Merkur a Venuši. Podobný osud čeká nejspíše i Zemi. Tyto planety se roztaví. Ve fázi červeného obra vydrţí poměrně krátce – jen asi 100 milionů let. Řídká atmosféra obřího Slunce se bude rozpínat do okolního prostoru, zatímco jádro se bude pomalu smršťovat a hroutit působením gravitace na malou hvězdu s poloměrem pouhých 5 000 km (o něco méně neţ je poloměr Země), ale s neuvěřitelně vysokou hustotou. Slunce bude nyní ve fázi tzv. bílého trpaslíka. Udrţí se v ní desítky miliard let, během nichţ bude chladnout, aţ se nakonec promění v prakticky neviditelného černého trpaslíka. Jeho gravitace však nebude dotčena, protoţe závisí pouze na hmotnosti. Planetární systém bude nadále existovat, i kdyţ v něm nebudou krouţit planety, které se během tohoto bouřlivého vývoje roztavily. Tento osud je pro Zemi naprosto nevyhnutelný. Moţná se vám zdá příliš daleký, ale Zemi ohroţují i meteority. I toto téma láká tvůrce filmů – mezi nejznámější patří například Armageddon a Drtivý dopad. Následuje potom debata se studenty na téma řešení všech těchto nebezpečí. Studenti během této fáze navrhují vlastní způsoby zachování lidského rodu – Třetí světová válka či 34
nařízení mít pouze jednoho potomka, odsunutí Země do dostatečné vzdálenosti od Slunce, přestěhovat se na jiný objekt naší sluneční soustavy či mimo naši sluneční soustavu, … Z této debaty poté vyplyne jako jedno z moţných řešení odstěhování se na jinou planetu nebo měsíc. A protoţe planety aţ po Mars včetně budou zničeny a na plynných obrech si ţivot pozemského typu nedokáţeme představit, ţáci sami často přijdou s myšlenkou umělého měsíce některé plynné planety. Učitel poté navrhne jako ideální umělý měsíc Jupitera. Protoţe se jednou budeme muset odstěhovat ze Země, dostanou skupiny za úkol zamyslet se nad takovým ideálním tělesem – například uměle vytvořený měsíc Jupitera. Protoţe se bavíme o ještě poměrně vzdálené budoucnosti, tak nás jeho praktická výroba nemusí trápit. Na to budeme mít dostatek přístrojů a dělníků, kteří nám snadno „slepí“ pár vhodných planetek a stávajících měsíců. Ţáci se zamysleli nad tímto problémem pouze jako konstruktéři. Poté jsem rozdělila studenty do jednotlivých řešitelských týmů po čtyřech aţ pěti. Nejprve jsme společně vymysleli a rozebrali zásadní parametry, které budou pro naše plány stěţejní. Prvním úkolem tedy bylo seznámit se s problémem za pomoci encyklopedií, časopisů, internetu, … a domluvit se, jaké údaje budeme pro náš měsíc potřebovat zjistit.
6.3 Rozdělení do skupin Pro projektovou výuku je velmi důleţitá příprava. I kdyţ se to moţná na první pohled nezdá, tak významnou roli hraje i rozdělení ţáků do skupin – řešitelských týmů. Při projektu musí mít kaţdý ţák pocit, ţe naděje na úspěch všech skupin jsou vyrovnané, a proto i jeho druţstvo má velkou šanci být nejlepší nebo alespoň úspěšný. V případě, ţe ţáci a priori předpokládají vítězství jednoho týmu (například týmu sloţeného ze samých „jedničkářů“), ztrácejí často motivaci a přestávají se snaţit. Proto je vhodné z kognitivního hlediska sestavit co nejvíce vyrovnané skupiny. Pro projekty z oblasti přírodních věd, rozšiřujících nebo se přímo věnujících probírané látce, bychom studenty mohli rozdělit podle celkového prospěchu v daném předmětu. Protoţe s poznatky z astronomie se ţáci setkávají ve výuce poměrně málo, hraje rozhodující roli jejich zájem (zda je jejich koníčkem) a jejich dřívější znalosti. Právě v této oblasti jsou mezi vědomostmi jedinců značné rozdíly. Abych zjistila, na jaké úrovni jsou znalosti jednotlivých ţáků, zadala jsem třídě stručný kognitivní test (viz příloha) s doplňující otázkou zkoumající jejich vztah k astronomii. (Stejný test byl zadán i druhé třídě – kontrolnímu vzorku.) Podle úspěšnosti v testu jsem ţáky následně rozdělila do skupin. V případě shodného počtu získaných bodů rozhodovala oblíbenost astronomie. U devátých ročníků Benešovy 35
základní školy a mateřské školy jsem zvolila čtyři čtyř- aţ pětičlenné týmy, protoţe počet ţáků ve třídě byl pouze 18. U gymnázií tvořilo skupiny pět aţ šest ţáků, celkem bylo pět skupin. Skupiny byly označeny barevně – červená, modrá, zelená, ţlutá a fialová. Pro rozdělení do týmů jsem pouţila stejnou metodu jako Kašová [5] ve své publikaci Učíme v projektech. Kaţdému ţákovi byl na záda přilepen barevný lísteček s barvou jeho budoucího týmu. Studenti se poté museli sami a beze slov rozdělit podle barev do jednotlivých týmů. Pro ţáky se stala i tato zdánlivě nezajímavá činnost hrou, která zaktivovala jejich soustředění. Tuto metodu je vhodné volit zvláště u mladších ţáků, proto jsem ji v případě studentů gymnázií nezačlenila. Po rozdělení ţáků do pracovních týmů si kaţdá skupina vybrala svoje budoucí pracovní místo, kde kaţdá skupina měla k dispozici alespoň jeden počítač s přístupem na internet a programem PowerPoint.
6.4 Otázky a odpovědi na ně Společně se ţáky základní školy jsme během první hodiny vymysleli několik otázek a skupiny dostaly za úkol na ně najít do příští hodiny odpovědi. Všechny nápady, které ţáci navrhovali, jsem zaznamenala na tabuli a nakonec jsme všichni společně vybrali několik z nich. Pro ukázku uvádím několik úkolů a jejich následné řešení. Čas na jejich zpracování měli ţáci do konce vyučovací hodiny a případně doma. Společné kontrole údajů byl věnován prostor na začátku druhé hodiny. Studenti gymnázií jsou samostatnější, a proto jim nebylo nutné zadávat přímo konkrétní údaje, které si mají vyhledat. Pouze jsem jim poradila, aby se inspirovali jiţ existujícími planetami a měsíci.
• Kolik měsíců má Mars a Saturn? Několik vyjmenuj. Podle čeho se jmenují? I kdyţ se moţná zdá určení jména navrhovaného měsíce jako nejjednodušší a naprosto samozřejmý úkol, tak často právě na tento bod ţáci při vyjmenování všech parametrů měsíce zapomínali. Tato otázka by měla ţáky přivést na moţnost pojmenovat jejich měsíc podle jiţ platných pravidel. Měsíce Jupitera se většinou jmenují podle milenek římského boha Jupitera (např. galileovské měsíce Ió, Europa, Callistó a po milenci Ganymédes), v některých případech jako děti a vnoučata Jupiterových milenek.
36
Mars má dva měsíce Phobos a Deimos, které byly pojmenovány po koních římského boha Marta, Phobos (strach) a Demios (roj), později byl změněn na Deimos (zděšení, hrůza). Saturn má 62 měsíců. Pakliţe ţáci našli jiný počet, je to způsobeno tím, ţe sondy objevují stále nové a nové měsíce, často jen o rozměrech km. Měsíce jsou například Titan (největší), Mimas, Enceladus, Tethys, Dione, Rhea, Iapetus, Pandora, … Měsíce jsou pojmenovány po gigantech či bohyních. Saturn je pojmenován po vládci bohů.
• Zjisti délku dne Merkuru, Marsu a Uranu. Délka dne je u různých objektů naší sluneční soustavy velmi rozdílná. Navrhovaný měsíc můţe mít proto libovolně rychlou či pomalou rotaci. Délka dne na Merkuru je 176 pozemských dní (dva Merkurovy roky a tři Merkurovy hvězdné dny). Délka dne Marsu je oproti tomu velmi blízká délce dne na Zemi (24,6 hodin, coţ je 1,03 dne). U Uranu ţáci nalezli –17,9 hodin (0,75 dne), znaménko mínus znamená, ţe se otáčí opačně – má zpětnou rotaci.
• Souvisí spolu doba oběhu a vzdálenost planety od Slunce? Vypiš si vzdálenosti v AU a doby oběhu všech planet v letech. Co to je astronomická jednotka (AU)? Tato otázka je velmi důleţitá a učitel by na její nápad měl ţáky přivést vţdy. Navíc je vhodné zadat skupinám za úkol zjistit i druhé a třetí mocniny vzdáleností a dob oběhu. Tímto způsobem můţou ţáci sami intuitivně odhalit 3. Keplerův zákon (obdobně, jako je tomu v německé učebnici fyziky Physik III A Mechanik od Kuhna [14]). Pro výpočet ţáci mají povoleno pouţívat kalkulátory. Na základní škole pracují ţáci převáţně s tabulkami, a proto tímto způsobem získají novou dovednost. Astronomická jednotka je střední vzdálenost Země od Slunce (jednotka délky pouţívaná v astronomii), značí se AU, platí 1 AU = 149 597 870 691 m, tedy přibliţně 150 miliónů kilometrů. Značení veličin je pro vzdálenost a, dobu oběhu T. Hodnoty uvádím v následující tabulce.
Planeta Merkur Venuše Země
Mars Jupiter Saturn
Uran Neptun
a
0,387
0,723
1
1,523
5,204
9,539
19,191
30,061
a
2
0,150
0,523
1
2,320
27,08
90,99
368,3
903,7
a3
0,058
0,378
1
3,533
140,93
867,97
7 068
27 165
T
0,241
0,615
1
1,881
11,862
29,46
84,01
164,79
2
0,058
0,378
1
3,538
140,71
867,89
7 058
27 156
3
0,014
0,233 1 6,655 1669 25 568 Tab. 1 Planety naší sluneční soustavy
T T
37
592 916 4,47.106
Z výše uvedené tabulky studenti vyvodili vztah a 3 T 2 v příslušných jednotkách. Neboli
a3 1 pro planety naší sluneční soustavy (zadáváme-li hodnoty pro Zemi: T = 1 rok T2 a3 a a = 1AU). Obecně potom 2 = konstanta. T Doba oběhu a vzdálenost planety od Slunce na sobě závisí. Vyjadřuje je třetí Keplerův zákon
T12 a13 . T22 a 23
• Co je to excentricita? Zjisti ji pro Zemi, Eris a Callistó. Slovo excentricita, česky výstřednost, udává, jak moc je daná elipsa zploštělá (excentricita kruţnice je rovna nule). V případě lineární neboli délkové se jedná o vzdálenost ohniska od středu elipsy. Excentricita dráhy tělesa tedy udává, jak moc se dráha liší od kruhové. V astronomii se pouţívá numerická neboli číselná excentricita. Vypočítat ji můţeme podle vzorce
e
a2 b2 , a
kde a je hlavní a b vedlejší poloosa elipsy. V následující tabulce udávám hodnoty číselné výstřednosti pro hledané objekty.
Těleso
Excentricita
Země
0,016 7
Eris (trpasličí planeta)
0,44177
Callistó (měsíc Jupitera) Tab. 2 Excentricita objektů
0,007
6.5 Diskuse Společně jsme poté diskutovali o zjištěných faktech. Ţáci si během diskuze uvědomili, které parametry jsou pro objekty naší sluneční soustavy důleţité. Z nich jsme sestavili na tabuli tabulku, kterou děti během další práce ve skupinách vyplňovaly. Cílem je nejen určit parametry, které budou společné pro všechny týmy, ale i zdůvodnit, proč nás jednotlivé údaje zajímají a na jaké otázky bychom si měli během volby vhodné hodnoty odpovědět. 38
V následujících odstavcích opět uvádím stěţejní body a nejčastější otázky, které se k nim vztahují.
6.5.1 Jméno měsíce Podle čeho se planety a měsíce obvykle pojmenovávají? Planety nesou jméno nejčastěji podle římského boha nebo bohyně. Mars je bohem války, a proto jeho jméno nese planeta, která se na obloze pyšní červenou barvou. Pro jména měsíců je typická souvislost s jejich planetou. Např.: Mars (bůh války) – Phobos (strach) a Deimos (hrůza) pojmenovány po koních římského boha války Marta, Jupiter (vládce bohů) – Ió, Europa, Ganymédes, Callistó, … (milenky a milenci boha Jupitera), trpasličí planeta Pluto (vládce podsvětí) – Charón (převozník mrtvých do podsvětí), Nix a Hydra (příšery). Nalezneme ovšem i výjimky. Například měsíc Země se jmenuje Měsíc, obdobně jako naše galaxie se jmenuje Galaxie. Dále pak předposlední planeta Uran a jeho měsíce. Na rozdíl od jiných těles ve sluneční soustavě, které mají jména z klasického bájesloví, Uranovy měsíce mají svá jména z děl Shakespeara a Popeho.
6.5.2 Hmotnost a poloměr měsíce Jaké bude tíhové zrychlení? Budeme moci mít dýchatelnou atmosféru? Tyto dva údaje spolu souvisí, ale rozhodně nemůţeme mezi ně vloţit přímou úměru danou jen konstantou. Čistě teoreticky bychom mohli náš měsíc vyrobit z velmi porézního materiálu (planeta Saturn má menší hustotu neţ voda), nebo naopak z materiálu o značné hustotě (hustota neutronových hvězd je obdobná hustotě jader atomu, řádově 1016 aţ 1018 kg.m -3 ). Pro moţnosti pozemského ţivota je vhodnou volbou materiál v pevném skupenství. Gravitační síla závisí přímo na hmotnosti objektu a nepřímo s druhou mocninou na vzdálenosti od těţiště. Vzdálenost od těţiště můţeme reprezentovat právě poloměrem tělesa. Tíhové zrychlení je zrychlení, které udává výslednice gravitační síly na povrchu tělesa a odstředivé síly způsobené rotací. Veličina g je násobek normálního gravitačního přetíţení. Při 2 g jiţ vnímáme těţké končetiny, hůře se ovládají, při 3–4 g nedaří se udrţet vzpřímenou polohu, udrţet otevřené oči je namáhavé, stejně jako dýchání. Proto by asi nebylo příliš vhodné volit větší gravitační zrychlení, neţ na jaké jsme zvyklí na Zemi. 39
Jak jistě víte, planety mají většinou atmosféru, ale její hustota je značně rozdílná. Aby byla dýchatelná, musí obsahovat poměrně značnou část kyslíku. Proto musí například horolezci pouţívat dýchací přístroje. Některé planety mají mnohem řidší plynný obal neţ Země, protoţe je niţší jejich hmotnost. Má-li planeta menší hmotnost, působí na molekuly plynu menší přitaţlivou silou a atmosféra během miliónů let unikne. Moţných vysvětlení ztráty atmosféry je několik: ztráta magnetického pole, zmírnění sopečné činnosti, únik částic z atmosféry nebo sráţka planety s kosmickým tělesem. Magnetické pole odklání částice s elektrickým nábojem (sluneční vítr) letící vesmírem, které by jinak naráţely do atmosféry. Například u Marsu v důsledku nízké teploty z atmosféry vymrzla voda a oxid uhličitý. Tím se jeho atmosféra stala tak řídkou jako je u Země ve výšce 30 km.
6.5.3 Doba rotace Jak dlouhý bude den? Doba rotace je časový úsek, během něhoţ se těleso (planeta, měsíc, …) otočí kolem vlastní osy o 360°. V případě Země je doba rotace 23 h 56 min a 4,09 s, ale díky oběhu Země kolem Slunce nastávají dvě bezprostředně po sobě následující kulminace Slunce (poledne) aţ po 24 hodinách. Jak jistě vidíme, tak se obě doby téměř rovnají, a proto se můţeme zaměřit na rotaci o 360°. Významný rozdíl by tam byl pouze v případě velmi pomalé rotace. Byl by podle vás výhodnější den, který má více hodin? Kaţdý z nás občas nestíhá a bral by, kdyby den měl alespoň 25 hodin. Nebo si myslíte, ţe během vývoje lidstva jsme si na 24 hodinový rytmus příliš zvykli?
6.5.4 Vzdálenost od Jupitera a doba oběhu Nesrazíme se se stávajícím měsícem, nebudeme v pásu radiace ani v prstenci? Jak dlouho potrvá oběh Jupitera? Rok (ve smyslu doba oběhu nového měsíce Jupitera kolem Slunce) je stejně dlouhý jako doba oběhu Jupitera, tedy 11,86 pozemského roku. Doba oběhu kolem planety není důleţitá, ale závisí na vzdálenosti od planety. Po dobu zákrytu Slunce Jupiterem bychom museli pouze více uměle zahřát měsíc a svítit, ale jednalo by se pouze o pár hodin. Například při pouţití kruhové rychlosti (nejmenší moţná rychlost oběhu) a vzdálenosti 1 000 000km od Jupitera (Ganymédes obíhá ve vzdálenosti 1 074 300km a dostává se ještě do stínu Jupitera) bychom dostali 40
vk
.M r
6,67.10 11.1,9.10 27 11300m.s 1 . 9 10
Pro předpoklad rovnoběţného chodu paprsků získáme oblast o délce rovné průměru Jupiteru tedy přibliţně 143 000km. Nyní můţeme spočítat čas nutný k oběhu:
t
s 1,43.108 12700s 3,5h . vk 11300
Další moţností je obíhání Jupitera po dráze, která je přibliţně kolmá na rovinu oběhu Jupitera kolem Slunce. Při tomto obíhání měsíce „přes póly“ planety by k zákrytům nemuselo vůbec docházet. Jupiter jako všechny ostatní plynné planety má prstence (i kdyţ nejvýraznější jsou u Saturnu) a navíc má nejvyšší počet měsíců (nyní jich známe 63). Pro přidání nového měsíce je tedy třeba najít dráhu, ve které nebude hrozit sráţka s jiným, byť mnohem menším tělesem. Další moţností by samozřejmě bylo dráhu „vyčistit“. Hlavní a jasnější prstenec se rozprostírá od okraje hala do vzdálenosti 128 940 km, skoro ke vnitřní dráze měsíce Adrastea. Jupiterovy prstence a měsíce se nacházejí v dosahu silného radiačního pásu elektronů a iontů zachycených magnetickým polem planety. Tyto částice a magnetické pole zahrnují Jupiterovu magnetosféru nebo magnetické okolí, které na straně přivrácené ke Slunci dosahuje do vzdálenosti 3–7 milionů kilometrů a na opačné straně sahá díky slunečnímu větru aţ k dráze Saturnu, tj. do vzdálenosti 750 miliónů kilometrů. Radiační pásy jsou výrazné aţ ke Ganymedovi, proto by bylo vhodné umístit obyvatelný měsíc aţ za Ganymeda. Vhodné místo pro umístění měsíce je mezi měsíčky Elara a Ananke (velká mezera).
Obr. 1 Znázornění měsíců Jupitera [12] 41
Pohyb těles kolem ústředního tělesa (planet kolem Slunce, soustavy měsíců kolem Jupitera, umělých druţic kolem Země, …) se řídí třemi fyzikálními zákony, které nesou jméno po jejich objeviteli – Keplerovy zákony. 1. Keplerův zákon
Obr. 2 Schéma 1. Keplerova zákona [15] Planety obíhají kolem Slunce po eliptických drahách, v jejichţ jednom společném ohnisku je Slunce.
2. Keplerův zákon
Obr. 3 Schéma 2. Keplerova zákona [26] Obsahy ploch opsaných průvodičem planety (spojnice planety a Slunce) za stejný čas jsou stejně velké. Průvodič planety je spojnice hmotného středu Slunce s hmotným středem planety. Průvodič vţdy za stejnou dobu opíše plochu se stejným obsahem. 3. Keplerův zákon Poměr druhých mocnin oběţných dob dvou planet je stejný jako poměr třetích mocnin jejich hlavních poloos (středních vzdáleností těchto planet od Slunce).
42
Délka roku závisí na volbě hlavní poloosy eliptické dráhy podle třetího Keplerova zákona
T12 a13 , T22 a 23 kde T1, T2 jsou doby oběhu dvou těles kolem stejného ústředního tělesa, které má značně větší hmotnost, a a1, a2 jsou délky jejich hlavních poloos. V našem případě by se tedy jednalo o libovolný měsíc Jupitera a námi navrhovaný měsíc. Do vzorečku nemusíme zadávat údaje v základních jednotkách, ale například v kilometrech a dnech. Pracujeme-li s 3. Keplerovým zákonem pro planety sluneční soustavy, je výhodné zadávat hodnoty pro Zemi: T = 1 rok a a = 1AU.
6.5.5 Excentricita a kruhová rychlost Excentricita (numerická) by neměla být příliš velká, protoţe čím větší by byla, tím většími slapovými jevy by na měsíc působil Jupiter, coţ by vyvolalo pnutí a mohlo by vést aţ k roztrhání měsíce. Vhodná je tedy kruhová nebo téměř kruhová dráha. Měsíce Jupitera mají excentricitu řádově tisíciny (např. Callistó 0,007). Kdybychom měli za úkol navrhnout planetu (těleso obíhající kolem Slunce), tak by excentricita určovala, o kolik by byla období léta pro jednu polokouli delší a pro druhou naopak kratší neţ období zimy. Podmínkou pro střídání ročních období je ale navíc i sklon rotační osy. V případě, ţe ţáci navrhnou numerickou excentricitu rovnu nule, bude se těleso pohybovat po kruhové dráze. Pro těleso (v našem případě měsíc), které se pohybuje po kruhové dráze kolem centrálního tělesa (v našem případě planeta Jupiter) v dané výšce, musí platit, ţe gravitační síla a odstředivá síla jsou si rovny. Proto se musí pohybovat jedinou moţnou rychlostí zvanou kruhová rychlost. Velikost kruhové rychlosti vk závisí na hmotnosti M centrálního tělesa a na poloměru kruhové dráhy r podle vztahu
vk
.M r
,
kde ϰ je gravitační konstanta. Velikost kruhové rychlosti nijak nezávisí na hmotnosti obíhajícího tělesa. Hodnotu kruhové rychlosti při povrchu planety Země nazýváme první kosmická rychlost.
43
Udělíme-li druţici rychlost větší neţ je příslušná kruhová rychlost, změní se kruhová trajektorie druţice na eliptickou. Elipsa má tím větší rozměry a je tím protáhlejší, čím je počáteční rychlost druţice větší. Vzroste-li rychlost druţice na hodnotu
vp
2 .M vk . 2 r
nebo na hodnotu větší, změní se elipsa v parabolu, trajektorie jiţ není uzavřená křivka, a druţice se bude trvale vzdalovat od centrálního tělesa. Rychlost vp se nazývá parabolická rychlost (v případě planety Země druhá kosmická rychlost).
Obr. 4 Znázornění kruhové, eliptické a parabolické dráhy [11]
6.6 Vyhledávání a zpracování informací Po probrání všech moţností dostanou skupiny čas na samostatnou práci. Rozvrţení práce a jednotlivé kroky si volí kaţdá skupina sama. Ţákům nebylo zadáno, zda mají vše dělat společně a o jednotlivých krocích se radit, nebo si úkoly rozdělit a kaţdý pracovat na svém dílčím úkolu nezávisle na ostatních. Pro vyhledávání potřebných údajů mají ţáci k dispozici internet, encyklopedie a časopisy s odbornými články. Učitel se pro tuto fázi stává pouhým poradcem a konzultantem, který má za úkol ţáky podporovat a odpovídat na jejich případné dotazy. Po shromáţdění všech údajů ţáci vytvářejí konečný produkt – prezentaci. Skupiny se většinou dohodli na krátké prezentaci dlouhé přibliţně 3–5 snímků v programu PowerPoint. V některých případech ale ţáci zvolili plakát v papírové formě případně obojí.
44
6.7 Prezentování výsledků a hodnocení Jak jiţ bylo řečeno dříve, jednou z výhod projektu je jeho propojení s reálným světem. Velmi důleţité je také seznámit s řešením problému ostatní, a to vţdy co nejširší veřejnost. Ţákům bylo během první hodiny zadáno, aby sami navrhli moţnosti konečného prezentování. Ze všech jejich nápadů byly nakonec zvoleny dva výstupy. Ve třídě proběhlo seznámení s výsledky projektu formou krátkých prezentací v programu PowerPoint či plakátů. Protoţe ţáci jiţ s tímto programem byli seznámeni v dřívějších hodinách informatiky, neměli s tím ţádné problémy. Studenti si sami zvolili, ţe kromě tabulky s navrţenými parametry prezentaci doplní obrázkem, jak jejich měsíc bude přibliţně vypadat. Kaţdá skupina měla za úkol předvést svoji práci a zdůvodnit jimi navrţené údaje měsíce. Ostatní skupiny pokládaly doplňující otázky, na které předvádějící tým reagoval. Tento způsob výstupu byl určen pouze pro ostatní skupiny a učitele. Slouţil tedy k seznámení s prací spoluţáků a k případným odstraněním drobných nedostatků. Důleţitým prvek bylo i hodnocení své práce samotnými ţáky a hodnocení práce spoluţáků. Ţáci jsou často klasifikováni pouze známkou a ve výuce často není dán prostor pro slovní hodnocení, které má pro ţáky často větší motivační účinek. Projektová výuka je velmi vhodná ke slovnímu hodnocení své práce, práce spolutvůrců projektu i práce ostatních skupin. Základem slovního hodnocení je vţdy nejprve pochválit všechno, co se povedlo, a následně konstruktivní kritikou zhodnotit případné chyby a nedostatky. V případě konstruktivní kritiky ţáci mnohem lépe přijímají i záporné hodnocení, protoţe se dává námět na moţnost závadu napravit. Velmi jsem ocenila, ţe ţáci vţdy dávali pozor a pokládané otázky souvisely s tématem a byly často zajímavé. Pro seznámení s výsledky projektu ostatních ţáků a učitelů Benešovy základní školy bylo ţáky navrţeno několik moţností. Skupiny například navrhovaly vytištění údajů do tabulky a jejich vystavení na nástěnce. Po vzájemné domluvě byla nakonec uskutečněna výtvarná prezentace, protoţe tímto způsobem jsme měli moţnost zaujmout více spoluţáků a učitelů. Plakáty formátu A2 ţáci navrhli vystavit ve škole, aby se s jejich prací mohli seznámit ostatní spoluţáci i učitelé. Výstupem byla malba, kterou skupiny vytvořily pod vedením paní učitelky Remsové v hodinách výtvarné výchovy. Ţáci měli za úkol výtvarně ztvárnit povrch jimi navrţeného měsíce. Kaţdá skupina společně namalovala jeden obraz. Pro malbu byly pouţity temperové barvy a ţáci k obrazu připojili tabulku s údaji o měsíci (viz příloha). Výstupní práce byly na Benešově základní škole umístěny v učebně fyziky a chemie, kde se během týdne střídají všechny třídy, a tak si je mohli prohlédnout všichni. 45
V případě kvint gymnázií nastal problém v tom, ţe ţáci neměli výtvarnou výchovu jako povinný předmět, a proto jsme mnohdy museli od tohoto výstupu upustit.
46
7 Výzkumná část 7.1 Cíle Výzkum je zaměřen na obecný přínos projektové výuky ve fyzice. Cílem je tedy evaluace testování metody projektové výuky. Bude zjišťován přínos projektového vyučování pro ţáky na úrovni základní a střední školy. Vedle zjišťování výukové účinnosti projektového vyučování se zaměřím také na:
vztah k fyzice
hodnocení třídy
emocionalitu v hodinách fyziky
sebevědomí ţáků
rozvoj klíčových kompetencí
7.2 Popis diagnostických metod Za účelem naplnění výše uvedeného cíle jsem po domluvě s Mgr. Vladimírou Lovasovou, Ph.D. pouţila kognitivní didaktický test z astronomie vlastní konstrukce, vstupní dotazník zkonstruovaný Mgr. Vladimírou Lovasovou, Ph.D., skupinový rozhovor, projektivní diagnostickou techniku a dotazník kompetencí také sestavený Mgr. Vladimírou Lovasovou, Ph.D. Kognitivní didaktický test z astronomie (viz příloha) je tvořen otázkami zaměřenými na paměťové obsahy i obsahy porozumění. Byl tvořen otevřenými otázkami i otázkami, kde ţáci volili jednu správnou odpověď z nabídky. Tento test jsem sestavila převáţně z otázek nesouvisejících s předchozí výukou. Otázky byly zaměřené na informace o sluneční soustavě a zjišťovaly tedy znalosti ţáků získané převáţně mimo školní výuku. Byl zadán v obou skupinách před i po proběhnutí projektové výuky. Vstupní dotazník obsahuje 3 uzavřené dichotomické otázky a dvě otevřené. Je zaměřen na mapování následujících oblastí:
vztah k předmětu
náhled na školní úspěšnost
průběh emocionality při hodinách fyziky
oblíbené a neoblíbené činnosti při hodinách fyziky 47
Technika byla aplikována před proběhnutím projektu v obou skupinách. Projektivní diagnostická metoda byla sestavená jako obrázková. Vyšla jsem z techniky „strom jako sociální skupina“. Tato technika byla aplikována před projektovou výukou v obou skupinách a po projektové výuce jen ve výzkumné třídě. Vyhodnocován byl stav a posun. Během prvního zadání techniky byli ţáci poţádáni, aby si prohlédli panáčky na stromě a určili toho, kterým se cítí být. Poté se měli ještě jednou zamyslet a určit toho, kterým by byli nejraději. Při druhém zadávání techniky po proběhnutí projektu určovali ţáci, jakou roli by zastávali v pracovní skupině. Následně byly vyhodnocovány dimenze:
dominance–submise
autonomie–závislost na skupině
afiliace–hostilita
Tyto dimenze určovalo umístění postaviček na stromě. Postavičky umístěné v horní polovině obrázku znamenají dominantní postavení ve skupině, níţe umístění panáčkové poté submisivní umístění. Postavičky dívající se směrem do středu skupiny jsou na skupině (třídě) závislé, zatímco ty, co se dívají opačným směrem, jsou nezávislé. V levé polovině obrázku bychom našli postavičky, které se smějí a znamenají tedy přátelský vztah ke skupině, v pravé naopak pozice s nepřátelským postojem. Vybere-li si ţák postavičku znázorněnou v pohybu, znamená to, ţe se jedná pouze o aktuální stav. Skupinový rozhovor byl konstruován jako polostandardizovaný rozhovor. Základní otázky byly formulovány následujícím způsobem:
Jak jste se během práce cítili?
Nudili jste se?
Jak se vám pracovalo ve skupinách?
Co jste se naučili?
Co bylo jednoduché?
Co bylo sloţité?
Co bylo jiné oproti normálním hodinám?
Co vám vyhovovalo na tomto způsobu práce?
Co vám na něm nevyhovovalo?
Co se vám líbilo a co nelíbilo?
Měli jste pocit, ţe vám to jde?
Co vás na fyzice baví? 48
Baví vás pracovat ve skupině?
Baví vás vyhledávat na internetu?
Rozhovor byl dobrovolný, ţáci na otázky nemuseli odpovídat, ale většina studentů se do diskuse ochotně zapojila. Aplikován byl po projektové výuce v obou skupinách. Dotazník kompetencí byl formulován jako nabídka případových studií, kdy ţáci volili vţdy tu moţnost, která nejblíţe vystihuje jejich práci na projektu. Obsahové poloţky korespondovaly s vymezením klíčových kompetencí. Aplikován byl po projektové výuce pouze u výzkumné skupiny. Poznámka: Cílem nebylo zjišťovat rozvoj úrovně kompetence u konkrétního ţáka, ale zjistit kompetenčně-rozvojový potenciál projektové výuky. To znamená, zda byla projektová výuka nastavena tak, aby kompetenci vůbec rozvíjela. Dotčené kompetence jsou následující:
pracovní
k učení
k řešení problémů
komunikační
sociální
Postup aplikace metod Následující schéma ukazuje postup aplikace metod. Šipky naznačují srovnávání.
Skupina
Výzkumná
Před projektovým vyučováním
Po projektovém vyučování
Kognitivní didaktický test z astronomie
Kognitivní didaktický test z astronomie
Vstupní dotazník
Rozhovor
Projektivní diagnostická metoda
Projektivní diagnostická metoda Dotazník kompetencí
Kontrolní
Kognitivní didaktický test z astronomie
Kognitivní didaktický test z astronomie
Vstupní dotazník
Rozhovor
Projektivní diagnostická metoda Tab. 3 Postup aplikace metod Dále byly srovnávány stejné metody aplikované u výzkumné a kontrolní třídy. 49
7.3 Popis vzorku ţáků Benešovy základní školy a mateřské školy Plzeň Výzkum byl pilotně prováděn na Benešově základní škole a mateřské škole Plzeň. Pro projektovou metodu jsem zvolila dvě paralelní třídy devátých ročníků (jednu výzkumnou a jednu kontrolní). Věkově jsou tyto skupiny homogenní (ţáci ve věku přibliţně 15 let), z hlediska počtu studentů jsou srovnatelné. Ţáci v obou třídách se převáţně znají jiţ řadu let, tráví společně mnoho času během výuky, ale mnohdy i svůj volný čas. Ve třídách jsou vytvořeny sociometrické vazby. Celkový školní prospěch kontrolní a výzkumné třídy je stejný. Obdobně je tomu i v oblasti chování. Věnovala jsem se projektu převáţně v předmětu fyzika a ten má v obou třídách časovou dotaci dvě vyučovací hodiny týdně. Zájmy dětí jsou velmi rozmanité, protoţe se jedná o ţáky základní školy, kteří nemají moţnost volby povinně volitelných předmětů. Proto se dá předpokládat, ţe míra jejich obliby předmětu fyzika je velmi rozdílná.
Výzkumná skupina Výzkumná třída je smíšená a tvoří ji 18 ţáků (7 dívek a 11 chlapců). Jedná se o třídu se všeobecně zaměřenou výukou. Vědomostní rozdíly jsou u této skupiny mnohem propastnější neţ u kontrolního vzorku. To vyplývá například i z celkových průměrů v jednotlivých vyučovaných předmětech.
Kontrolní skupina Kontrolní třída je tvořena pouze chlapci (19 chlapců). Tato třída je zaměřena na lední hokej a tomuto programu je částečně přizpůsoben i rozvrh. Ţáci spolu tráví více času neţ ţáci výzkumné třídy, protoţe mají navíc společné tréninky a zápasy v ledním hokeji. Díky jejich zaměření jsou soutěţivější a třída drţí více při sobě (týmový duch). Důleţitější je pro ně také prospěch a hodnocení chování, protoţe v případě zhoršení prospěchu či kázeňských trestů mohou mít zakázané tréninky. Třída je vyrovnanější po vědomostní stránce.
50
7.4 Interpretace výsledků ţáků Benešovy základní školy a mateřské školy Plzeň 7.4.1 Kognitivní didaktický test z astronomie Průměrné znalosti kaţdého ţáka výzkumné třídy byly na začátku pouze o 0,05 bodu niţší, neţ tomu bylo oproti vstupu u kontrolní třídy, proto je můţeme povaţovat za srovnatelné. Po probrání astronomie byly průměrné znalosti ve výzkumné skupině o 2,2 bodu vyšší, zatímco u kontrolní třídy byly vyšší pouze o 1,3 bodu. Zaměříme-li se pouze na otázky, k jejichţ zodpovězení musíme vyuţít nejen znalosti, ale je třeba je i správně pouţít (porozumění), tak u výzkumné skupiny se průměrný počet zvýšil o 1,8 bodu a u kontrolní skupiny pouze o 0,5 bodu. Zde se ovšem liší počáteční hodnoty (kontrolní třída měla na počátku o 0,7 bodu více). Rozdíl zvýšení počtu bodů mezi výzkumnou a kontrolní skupinou je 1,2 bodu. Během krátkodobé projektové výuky nedošlo ke zvýšení či sníţení zájmu o astronomii. Oproti očekávání v kategorii zájmu jsem dospěla k následujícím výsledkům. U kontrolní skupiny došlo k navýšení u pěti ţáků, ale u výzkumné skupiny se tato změna neobjevila. Okolnosti vzbuzení zájmu mají vícefaktorový charakter, ať jiţ vycházejí z učitele, přesného nastavení projektové výuky, náročnosti obsahu učiva apod. V současném stavu zjišťování nelze uvést jednoznačný důvod. Počty bodů výzkumné i kontrolní třídy uvádím v následujících dvou tabulkách.
51
Kognitivní test z astronomie – výzkumná třída Jméno
Počet bodů Počet Rozdíl Rozdíl Porozumění Porozumění Rozdíl Obliba Obliba Procenta Procenta Rozdíl před bodů po bodů procent před po procent před po
Student 1
3
15
9
45
6
30
0
4,5
22,5
1
1
0
Student 2
3
15
6
30
3
15
0,5
3
12,5
3
2
–1
Student 3
5
25
6,5
32,5
1,5
7,5
2
3
5
1
1
0
Student 4
10
50
16
80
6
30
5
10
25
3
3
0
Student 5
7,5
37,5
7,5
37,5
0
0
3
2,5
–2,5
2
2
0
Student 6
4
20
6,5
32,5
2,5
12,5
0,5
2,5
10
2
1
–1
Student 7
4
20
4,5
22,5
0,5
2,5
0
1,5
7,5
1
1
0
Student 8
6
30
6
30
0
0
2
2
0
1
2
1
Student 9
3
15
4,5
22,5
1,5
7,5
0
1,5
7,5
0
0
0
Student 10
3
15
3
15
0
0
0
0,5
2,5
1
1
0
Student 11
6
30
5
25
–1
–5
2,5
2,5
0
1
1
0
Student 12
2,5
12,5
10
50
7,5
37,5
0
5,5
27,5
1
1
0
Student 13
5,5
27,5
5,5
27,5
0
0
1,5
1
–2,5
1
1
0
Student 14
4
20
7,5
37,5
3,5
17,5
1
3
10
1
2
1
Celkem
66,5
332,5
97,5
487,5
31
155
18
43
125
19
19
0
Průměrný počet na ţáka
4,8
23,8
7,0
34,8
2,2
11,1
1,3
3,1
8,9
1,4
1,4
0,0
Tab. 4 Kognitivní test z astronomie – výzkumná třída
52
Kognitivní test z astronomie – kontrolní třída Jméno
Počet bodů Počet Rozdíl Rozdíl Porozumění Porozumění Rozdíl Obliba Obliba Procenta Procenta Rozdíl před bodů po bodů procent před po procent před po
Student 1
2
10
7
35
5
25
0
3
15
1
1
0
Student 2
4
20
4
20
0
0
1
1,5
2,5
2
2
0
Student 3
3,5
17,5
6,5
32,5
3
15
0,5
3
12,5
1
2
1
Student 4
4,5
22,5
7
35
2,5
12,5
2,5
2,5
0
1
1
0
Student 5
7
35
6,5
32,5
–0,5
–2,5
4
2,5
–7,5
2
2
0
Student 6
2
10
5,5
27,5
3,5
17,5
0
2,5
12,5
0
1
1
Student 7
7
35
6,5
32,5
–0,5
–2,5
4
2,5
–7,5
1
1
0
Student 8
5,5
27,5
6,5
32,5
1
5
2
3
5
1
1
0
Student 9
7,5
37,5
4,5
22,5
–3
–15
4,5
2,5
–10
2
3
1
Student 10
5
25
6,5
32,5
1,5
7,5
2
2,5
2,5
2
2
0
Student 11
2
25
4,5
22,5
2,5
–2,5
0
1
5
1
1
0
Student 12
5,5
10
5,5
27,5
0
17,5
3
3
0
1
1
0
Student 13
5,5
27,5
7
35
1,5
7,5
2
2,5
2,5
1
2
1
Student 14
5,5
27,5
6,5
32,5
1
5
2,5
2
–2,5
1
1
0
Student 15
5,5
27,5
7,5
37,5
2
10
2,5
4,5
10
1
2
1
Celkem
72
357,5
91,5
457,5
19,5
100
30,5
38,5
40
18
23
5
Průměrný počet na ţáka
4,8
23,8
6,1
30,5
1,3
6,7
2,0
2,6
2,7
1,2
1,5
0,3
Tab. 5 Kognitivní test z astronomie – kontrolní třída 53
7.4.2 Vstupní dotazník Uzavřené otázky zjišťovaly vztah ţáků k fyzice, náhled na jejich úspěšnost ve škole a průběh emocionality při hodinách fyziky. První otázka byla zaměřena na zjištění vztahu ţáků k předmětu fyzika. Vztah k předmětu třída
výzkumná
kontrolní
škála
absolutní hodnota
procenta
absolutní hodnota
procenta
1
7
44
1
7
2
4
25
8
57
3
1
6
3
21
4
1
6
1
7
5
3
19
1
7
celkem
16
100 14 Tab. 6 Vztah k předmětu
100
Vztah k předmětu – kontrolní třída
Vztah k předmětu – výzkumná třída 60
60
50
50
40
40
30
30
20
20
10
10
0
0 1
2
3
4
5
1
Graf 1 Vztah k předmětu
2
3
4
5
Graf 2 Vztah k předmětu
Kladný postoj ve vztahu k fyzice představují hodnoty 1 a 2, neutrální postoj hodnota 3 a záporný postoj hodnoty 4 a 5. Polarita postoje k předmětu je v obou skupinách srovnatelná, i kdyţ mezi ţáky výzkumné třídy existují větší rozdíly. Dvě třetiny ţáků v obou třídách mají k fyzice kladný vztah, ve výzkumné skupině ale s větší intenzitou pozitivní polarity, protoţe větší počet ţáků volil hodnotu 1. Ve výzkumné třídě se ale u jedné čtvrtiny objevuje i negativní postoj, coţ je u srovnávací v menší míře.
54
Druhá otázka byla věnovaná tomu, jak ţáci vnímají svoji úspěšnost v předmětu fyzika. Náhled na školní úspěšnost třída
výzkumná
kontrolní
škála
absolutní hodnota
procenta
absolutní hodnota
procenta
1
3
19
1
7
2
10
63
9
64
3
1
6
3
21
4
1
6
0
0
5
1
6
1
7
celkem
16 100 14 Tab. 7 Náhled na školní úspěšnost
100
Náhled na školní úspěšnost – kontrolní třída
Náhled na školní úspěšnost – výzkumná třída 70
70
60
60
50
50
40
40
30
30
20
20
10
10
0
0
1
2
3
4
5
1
Graf 3 Náhled na školní úspěšnost
2
3
4
5
Graf 4 Náhled na školní úspěšnost
V obou skupinách převaţuje pozitivní hodnocení úspěšnosti v předmětu. Ve výzkumné skupině opět s mírně vyšší intenzitou. Třetí otázka byla zaměřena na emoční klima během hodin fyziky. Průběh emocionality třída
výzkumná
kontrolní
škála
absolutní hodnota
procenta
absolutní hodnota
procenta
1
6
38
1
7
2
6
38
6
43
3
0
0
5
36
4
3
19
1
7
5
1
6
1
7
celkem
16
100 14 Tab. 8 Průběh emocionality 55
100
Průběh emocionality – kontrolní třída
Průběh emocionality – výzkumná třída 50
50
45
45
40
40
35
35
30
30
25
25
20
20
15
15
10
10
5
5 0
0 1
2
3
4
1
5
Graf 5 Průběh emocionality
2
3
4
5
Graf 6 Průběh emocionality
V hodnocení průběhu emocionality při vyučování předmětu fyziky vykazuje kontrolní skupina spíše centrální tendence. Více neţ dvě třetiny ţáků z výzkumné třídy proţívají hodiny fyziky pozitivně. Většina dětí v kontrolní třídě sice při hodině neproţívá negativní emocionalitu, ale zájmová motivace k účasti při výuce byla zjištěna pouze ve výzkumné skupině. Zajímavým je zjištění, ţe pro 30 % dětí z výzkumné třídy není vyučování fyziky příjemné, coţ se v kontrolní skupině téměř nevyskytuje. Z předchozích dvou otázek je vidět, ţe subjektivně vnímaná úspěšnost v předmětu nemusí být nutně kritériem oblíbenosti, i kdyţ u mnoha studentů v případě neúspěšnosti je předmět i neoblíbený. Můţe je ale například zajímat astronomie. S oblíbeností předmětu souvisí i průběh emocionality při hodinách. V otevřených otázkách popisovali ţáci své oblíbené a neoblíbené činnosti. Oblíbené činnosti třída
Výzk.
Kontr.
celkem
pokusy
6
8
14
názorné příklady, ukázka přístrojů, nástrojů
2
3
5
zkoušení
1
1
2
nic nedělat, spát, relaxovat
1
2
3
exkurze
1
0
1
zábavný výklad, učitel dělá „srandičky“
7
0
7
Celkem odpovědí
18
14
32
Tab. 9 Oblíbené činnosti
56
Neoblíbené činnosti třída
Výzk. Kontr. celkem
zkoušení
8
5
13
test
3
3
6
opisovat a psát si poznámky
2
2
4
nuda, učit se něco nezajímavého
3
3
6
počítat sloţité příklady
1
1
2
dávat pozor, učit se
0
3
3
17
34
Celkem odpovědí 17 Tab. 10 Neoblíbené činnosti
Ve výzkumné třídě byli ţáci aktivnější při výpovědích, uvedli více oblíbených činností, oproti tomu v kontrolním vzorku uvedli ţáci více neoblíbených činností, neţ uvedli oblíbených. Ţáci obou tříd preferují aktivizující činnosti, oproti tomu jim vadí stresující momenty a hodnocení. Někteří uvedli, ţe je nebaví transmisivní výklad a pasivnější činnosti.
7.4.3 Projektivní diagnostická technika V této technice jsme se zaměřili na sociometrickou pozici ţáků ve třídě. Před projektovou výukou ţáci pouze uváděli svoji pozici a poté pozici, na které by chtěli být. V následujících tabulkách uvádím sociometrické pozice ţáků obou tříd. V případě, ţe je za zkratkou uvedeno navíc A, znamená to, ţe daná pozice je pouze aktuálním stavem a nikoliv trvalým.
Vstupní data – výzkumná třída dominantní přátelský
submisivní
nepřátelský
přátelský
nepřátelský
závislý nezávislý závislý nezávislý závislý nezávislý závislý nezávislý DPZ
DPN
6
4
DNZ
DNN
SPZ
SPN
0 0 3 0 Tab. 11 Vstupní data – výzkumná třída
SNZ
SNN
1
0
Vstupní data – kontrolní třída dominantní přátelský
submisivní
nepřátelský
přátelský
nepřátelský
závislý nezávislý závislý nezávislý závislý nezávislý závislý nezávislý DPZ
DPN
6
4
DNZ
DNN
SPZ
SPN
1 0 2 0 Tab. 12 Vstupní data – kontrolní třída 57
SNZ
SNN
1
0
Vstupní data – srovnání skupin přátelský dominantní nepřátelský
přátelský submisivní nepřátelský
výzk. procenta kontr. procenta
závislý
6
43
6
43
nezávislý
4
29
4
29
závislý
0
0
1
7
nezávislý
0
0
0
0
závislý
3
21
2
14
nezávislý
0
0
0
0
závislý
1
7
1
7
nezávislý
0
0
0
0
Tab. 13 Vstupní data – srovnání skupin
Kontrolní třída Projekce 1 Student 1 Student 2 Student 3 Student 4 Student 5 Student 6 Student 7 Student 8 Student 9 Student 10 Student 11 Student 12 Student 13 Student 14
já
typ
ideál
přání
16
DPZ
16
ideál
8
DNZA
9
přátelštější
18
SPZ
18
ideál
1
DPNA
1
ideál
2
DPN
16
závislejší
14
SNZ
9
výrazně dominantnější, přátelštější
16
DPZ
16
ideál
1
DPNA
1
ideál
16
DPZ
16
ideál
16
DPZ
16
ideál
12
SPZ
16
DPZ
16
ideál
1
DPNA
1
ideál
16
DPZ
16
ideál
Tab. 14 Projekce – kontrolní třída
58
Výzkumná třída Projekce 2
Projekce 1 já
typ
ideál
16 16
DPZ DPZ
1 1
Červená 3 Červená 4 MODRÁ Modrá 1 Modrá 2 Modrá 3
4 1
SNZA DPNA
9 9
9 9 1
DPZ DPZ DPNA
1 9 9
Modrá 4 ŢLUTÁ Ţlutá 1 Ţlutá 2 Ţlutá 3 ZELENÁ Zelená 1 Zelená 2 Zelená 3
13
SPZA
12 11 1 16 13 9
ČERVENÁ Červená 1 Červená 2
přání nezávislejší nezávislejší výrazně dominantnější dominantnější
já ve skupině
posun
přání – posun
9 1
dominantnější nezávislejší
částečně ideál
19 1
přátelštější bez posunu
ne ne
11 12 16
submisivnější výrazně submisivnější závislejší
částečně ne ne
9
nezávislejší ideál dominantnější výrazně dominantnější
9
výrazně dominantnější
ideál
SPZ DPN DPNA
11 1 1
dominantnější dominantnější ideál
16 13 1
dominantnější submisivnější bez posunu
splněno ne ideál
DPZ SPZA DPZ
1 13 9
nezávislejší 1 nezávislejší ideál 8 dominantnější, nepřátelský ideál 0 Tab. 15 Projekce – výzkumná třída
59
ideál ne
Nyní provedeme srovnání obou skupin v dimenzi dominance ve skupině, přátelskost (afiliace) a závislost na skupině. V grafech představuje první sloupec výzkumnou a druhý sloupec kontrolní skupinu.
Pozice
Výzkumná skupina
Kontrolní skupina
Dominantní
71 %
79 %
Přátelský
93 %
86 %
Závislý
71 %
71 %
Tab. 16 Sociometrická pozice Dominance ve skupině
Přátelství vůči skupině
100,00
100,00
90,00
90,00
80,00
80,00
70,00
70,00
60,00
60,00
50,00
50,00
40,00
40,00
30,00
30,00
20,00
20,00
10,00
10,00
0,00
0,00
Graf 7 Dominance ve skupině
Graf 8 Přátelství vůči skupině
Výrazná většina ţáků z výzkumné i kontrolní třídy projektivně vnímá svoji sociometrickou pozici v dominantních polohách. Rozdíly mezi skupinami jsou statisticky zanedbatelné. Z grafu je ovšem patrné, ţe se dominance vyskytuje v mírně menší míře ve výzkumné skupině. Téměř všichni ţáci z výzkumné i kontrolní třídy povaţují svoji pozici za přátelskou či vyjadřující pozitivní emoce. Rozdíly mezi skupinami jsou statisticky zanedbatelné. Z grafu je ovšem patrné, ţe přátelskost se vyskytuje v mírně menší míře v kontrolní skupině.
60
Závislost na skupině
100,00 90,00 80,00 70,00 60,00 50,00 40,00 30,00 20,00 10,00 0,00
Graf 9 Závislost na skupině Kategorie závislosti na skupině se v obou třídách objevila naprosto identicky, cca 70 % ţáků vnímá svoji pozici jako závislou na skupině. V následujících odstavcích bych ráda popsala rozdíl mezi původní sociometrickou pozicí ve třídě a novou pozicí, kterou ţáci obsadili ve skupině během společné práce. Pro přehlednost udávám počet ţáků i procentuální zastoupení v tabulce a následně graficky.
Nová zkušenost v týmu Směr k dominanci
4
29 %
Směr k submisi
3
21 %
Směr k afiliaci
1
7%
Směr k hostilitě
0
0%
Směr k závislosti na skupině
1
7%
Směr k autonomii
2
14 %
Bez posunu 2 14 % Tab. 17 Nová zkušenost v týmu
61
Nová zkušenost v týmu 30% 25% 20% 15% 10% 5% 0% Směr k dominanci
Směr k submisi
Směr k afiliaci
Směr k hostilitě
Směr k závislosti na skupině
Směr k autonomii
Bez posunu
Graf 10 Nová zkušenost v týmu Z hlediska sociálně psychologických vlastností osobnosti se v rámci projektové výuky nová zkušenost ţáků nejčastěji projevila v dimenzi dominance–submise. U téměř dvou třetin ţáků to zároveň znamená posun směrem k naplňování optima potřeby sociální moci. Zároveň zkušenost skupinové práce splňuje očekávání vyšší autonomie. Porovnáním sociometrické pozice před projektovou výukou a pozice během průběhu projektu s pozicí, kterou ţák povaţuje za optimální (ideál), získáme následující tabulku. Ta nám udává, zda posun byl ve směru přání ţáka (+), nebo v jiném směru (–).
Posun k ideálu
+
–
Směr k dominanci
3
1
Směr k submisi
1
2
Směr k afiliaci
0
1
Směr k hostilitě
0
0
Směr k závislosti na skupině
0
1
Směr k autonomii
2
0
Tab. 18 Posun k ideálu Ke směru ideálu se nejvíce posunuli ţáci, kteří si přáli být dominantnější. Oproti tomu od ideálu se nejvíce vzdálili ti, kteří se posunuli na submisivnější pozici. Ovšem jde pravděpodobně o počty srovnatelné s náhodností výběru pozice ţáka. 62
Následující tabulka udává počet ţáků a procentuální zastoupení s ohledem na to, zda bylo naplněno jejich přání sociometrické pozice.
Splnění očekávání zcela
5
38 %
částečně
2
15 %
ne
6 46 % Tab. 19 Splnění očekávání
Celkově více neţ polovina ţáků tedy měla moţnost při projektové výuce získat novou pozitivní sociální zkušenost ve smyslu svého přání.
7.4.4 Dotazník kompetencí V tomto dotazníku jsem se zaměřila na to, zda mnou navrţený projekt rozvíjí některé vybrané klíčové kompetence. V uzavřených otázkách zkoumajících rozvoj klíčových kompetencí měli ţáci na výběr vţdy ze tří moţností obodovaných podle míry rozvoje dané kompetence – rozvíjí 2 body, částečně rozvíjí 1 bod a nemůţe rozvíjet 0 bodů (bez doteku). V následující tabulce udávám počet ţáků, u kterých došlo k rozvoji dané klíčové kompetence (bodově ohodnoceno 2 body), došlo částečně k rozvoji (bodově ohodnoceno 1 bodem) a případně nedošlo (0 bodů). V grafu je znázorněno, jak je která kompetence rozvíjena. pracovní
k učení
došlo k rozvoji (2)
6
17
22
11
11
částečně (1)
16
17
6
17
19
bez doteku (0)
18
5
11
12
10
celkem
28
51
50
39
41
Kompetence
k řešení problémů komunikační
sociální
Tab. 20 Klíčové kompetence Nejvíce odpovědí s variantou, při které došlo k rozvoji (2 body), dosáhla kompetence k řešení problémů. O pět odpovědí méně jsem zaznamenala u kompetence k učení, kde ale přesto bylo dosaţeno celkově více bodů. V následujících tabulkách jsou uvedeny počty bodů. Uvádím je rozdělené podle jednotlivých skupin. 63
Kompetence pracovní
k řeš. problémů
k učení
komunikační
sociální
ČERVENÁ Červená 1 Červená 2 Červená 3 Červená 4 počet „správných“
2 0 1 0 3
– 1 2 1 4 10
– 1 1 1 3
1 1 1 0 3
– 1 1 0 2 9
– 2 0 2 4
0 2 0 2 4
– 1 2 0 3 12
– 1 2 2 5
– 0 1 1 2
1 1 0 1 3 7
– 1 0 1 2
– 0 0 2 2
2 1 1 1 5 8
– 0 1 0 1
MODRÁ Modrá 1 Modrá 2 Modrá 3 Modrá 4 počet „správných“
0 0 0 0 0
2 2 2 1 7 9
2 0 0 0 2
0 2 2 2 6
2 2 1 1 6 18
2 1 2 1 6
2 0 2 0 4
1 2 0 2 5 16
2 2 1 2 7
0 2 0 1 3
1 1 1 1 4 8
0 1 0 0 1
1 2 1 0 4
1 0 1 1 3 12
2 1 1 1 5
ŢLUTÁ Ţlutá 1 Ţlutá 2 Ţlutá 3 počet „správných“
0 0 0 0
0 1 1 2 3
0 1 0 1
1 1 2 4
1 2 2 5 15
2 2 2 6
2 2 0 4
1 2 0 3 13
2 2 2 6
0 2 2 4
2 2 2 6 14
1 2 1 4
0 1 1 2
2 2 2 6 10
0 1 1 2
ZELENÁ Zelená 1 Zelená 2 Zelená 3 počet „správných“
1 0 0 1
1 1 1 3 6 16 28
1 1 0 2
1 1 2 4
1 – 2 3
2 2 0 4
2 2 0 4
1 2 1 4
16
22
13
9
12
0 2 2 4 11 18 41
1 2 0 3
19
2 0 2 4 10 17 39
1 0 1 2
17
0 1 0 1 9 12 50
2 2 – 4
8
0 1 1 2 9 15 51
počet „správných“ celkem
4
Tab. 21 Klíčové kompetence 64
11
Klíčové kompetence
60 50 40 30 20 10 0 pracovní
k učení
k řešení problémů
komunikační
sociální
Graf 11 Klíčové kompetence Nejvyššího rozvoje bylo dosaţeno u klíčových kompetencí k učení a k řešení problémů. Dále byly rozvíjeny také kompetence sociální a komunikační. Nejméně byla rozvíjena kompetence pracovní, coţ je u krátkodobého projektu pochopitelné (ţáci si nemohou tolik rozvrhnout časový plán a dílčí kroky). Rozvoj klíčové kompetence občanské nebyl zkoumán. Následující tabulka uvádí vyhodnocení kompetencí jednotlivých ţáků.
65
Kompetence ČERVENÁ Červená 1 Červená 2 Červená 3 Červená 4 MODRÁ Modrá 1 Modrá 2 Modrá 3 Modrá 4 ŢLUTÁ Ţlutá 1 Ţlutá 2 Ţlutá 3 ZELENÁ Zelená 1 Zelená 2 Zelená 3
pracovní
k učení
k řeš. problémů
komunikační
sociální
2 2 4 2
1 4 2 2
0 4 4 4
1 2 1 3
2 1 2 3
4 2 2 1
4 5 5 4
5 4 3 4
1 4 1 2
4 3 3 2
0 2 1
4 5 6
5 6 2
3 6 5
2 4 4
5 2 3
2 6 3
3 2 1
2 4 2 5 5 0 Tab. 22 Klíčové kompetence
66
V následující tabulce jsou uvedeny počty ţáků v závislosti na míře rozvoje jednotlivých kompetencí.
Počet ţáků v závislosti na míře rozvoje kompetencí Kompetence
pracovní
k řeš. problémů
k učení
komunikační
se nerozvíjela 1 0 2 0 (0 bodů) se mírně 10 5 1 7 rozvíjela (1–2) se rozvíjela 3 4 7 4 průměrně (3–4) se výrazně 0 5 4 3 rozvíjela (5–6) Tab. 23 Počet ţáků v závislosti na míře rozvoje kompetencí
sociální 0 6 7 1
Z tabulky je patrné, ţe u kompetence pracovní se u dvou třetin ţáků došlo pouze k mírnému rozvoji. Nyní se podíváme na součet posledních dvou řádků, kde došlo k vyššímu rozvoji kompetencí. U kompetence k učení sem spadají dvě třetiny ţáků a u kompetence k řešení problémů téměř 80 %. U posledních dvou zkoumaných kompetencí se jedná nejméně o polovinu ţáků. Součástí dotazníku kompetencí byly i otevřené otázky, ve kterých měli ţáci popsat věci, které se během projektu naučili, dále napsat, kdo ve skupině nejvíce přispěl k práci (kdo měl nejlepší nápady), pojmenovat svoji úlohu ve skupině a vyjmenovat činnosti, které se jim líbily a které nikoliv. Odpovědi jsou zaznamenané v následující tabulce.
67
Kompetence zdroje naučil jsem se ČERVENÁ Červená 1 Internet spoustu věcí Červená 2 Internet Červená 3 internet, na dotaz nové poznatky o od učitele planetách Červená 4 Internet MODRÁ Modrá 1 Modrá 2 Modrá 3
Internet Internet Internet
Modrá 4
internet
ŢLUTÁ Ţlutá 1 Ţlutá 2
internet učebnice + knihy spoustu věcí
Ţlutá 3
internet
ZELENÁ Zelená 1
internet
Zelená 2 Zelená 3
nápady měl
líbilo se mi
nelíbilo
všichni Červená 1 Červená 1
prezentace práce s informacemi ostatní vše dělali sami
téma astronomie volnost práce práce ve skupině
nic nic nic
Červená 1
tvorba stránek
volná hodina
nemohli jsme si zvolit skupiny
hledání informací nevím
nic
vše
vůdčí osobnost
zábava
nevím
výstřednost, Jupiter Modrá 1 informace o Jupiteru všichni a měsících něco o vesmíru, konci Modrá 4, světa a rovnice Modrá 1 všichni všichni (Ţlutá 3) skoro vše jsem věděla všichni
internet, co znamená učebnice + knihy výstřednost internet
má úloha
vše společně
srozumitelná výuka, nic ochota učitele pomoci zjistit informace, jméno moc se mi to líbilo, nemohli jsme si zvolit měsíce spolupráce skupiny psaní, vyhledávání, prezentace vše společně
všichni
zpracování informací, prezentace Tab. 24 Kompetence – otevřené otázky 68
odpočinek dozvěděla jsem se nové věci samostatnost
některé skupiny neuměly prezentovat nerespekt okolních skupin
V následující tabulce uvádím sumarizaci otevřených odpovědí ţáků.
Naučil jsem se Nápady měl Má úloha Líbilo se mi Nelíbilo se mi Pojmenoval 5 Zvolili jednoho 6 Dokázal pojmenovat 10 Obsah 2 Ano 5 Nepojmenoval 3 Zvolili všechny 5 Nedokázal (pasivní) 4 Způsob učení 5 Ne 5 Neodpověděli 3 Tab. 25 Kompetence – shrnutí
Irelevantní odpovědi
4
Protoţe ţáci dokázali pojmenovat svoji úlohu ve skupině (hledání informací, tvorba prezentace), tak to znamená, ţe se všichni zapojili. Můţe to znamenat také touhu se pochlubit s tím, co dělali. Zmiňované nedostatky, které se ţákům nelíbily, se nevztahovaly ke koncepci výuky ani stylu učení. Ţákům spíše vadilo, ţe si členy skupiny nemohli sami zvolit, ovšem vzhledem k poţadavku na vědomostní vyrovnanost týmů to nelze změnit.
7.4.5 Skupinový rozhovor Sumarizací výsledků skupinového rozhovoru u výzkumné třídy zjišťujeme, ţe základními motivačními prvky při projektové výuce pro ţáky byly:
moţnost zkusit něco nového
vzbuzení zájmu
zaujetí aktivitou
práce ve skupinách
Ţáci pozitivně hodnotili zejména skupinovou práci, větší volnost, samostatné hledání informací, moţnost určovat si vlastní tempo a pocit vlastní úspěšnosti. Pozitivně hodnotili také to, ţe se vedle poznatků o vesmíru zdokonalili v práci s vyhledávačem s Google. Negativní připomínky se týkaly pouze skupinové práce. Některým ţákům vadilo, ţe měli skupinu určenou učitelem a ţe někteří ţáci nepracovali podle potřeb týmu. Za nejsnazší část povaţovali přípravu prezentací, nejobtíţnější podle nich bylo vyhledávání informací. Zásadní měřitelný rozdíl od vstupního dotazníku spatřujeme v tom, ţe všichni dotazovaní negovali nudu v době projektové výuky. Kontrolní skupina zdaleka nebyla tak sdílná. Můţe to být způsobeno tím, ţe jsem pro ně byla zcela novým prvkem, nebo tím, ţe se jedná o třídu, ve které jsou pouze chlapci.
69
Pozitivně při hodinách fyziky hodnotili pokusy, některá témata či moţnost nic nedělat. Negativně na ně působí zkoušení a testy. Zásadním rozdílem oproti výzkumné skupině byla jednoznačná preference individuálního učení.
70
7.5 Popis vzorku ţáků z Gymnázia Ostrov Výzkum byl prováděn na Gymnáziu Ostrov ve městě Ostrov v Karlovarském kraji (Studentská 1205, Ostrov). Pro projektovou metodu jsem zvolila dvě paralelní třídy ročníků kvint (jednu výzkumnou a jednu kontrolní). Jedná se o třídy se všeobecně zaměřenou výukou. Věkově jsou tyto skupiny homogenní (ţáci ve věku přibliţně 16 let), z hlediska počtu studentů jsou srovnatelné. Ţáci v obou třídách se převáţně znají jiţ řadu let, tráví společně mnoho času během výuky, ale mnohdy i svůj volný čas. Ve třídách jsou vytvořeny sociometrické vazby.
7.6 Interpretace výsledků ţáků Gymnázia Ostrov 7.6.1 Kognitivní didaktický test z astronomie Průměrné znalosti kaţdého ţáka výzkumné třídy byly na začátku pouze o 0,4 bodu vyšší, neţ tomu bylo oproti vstupu u kontrolní třídy. Přesto je ale můţeme povaţovat za srovnatelné. Po probrání astronomie byly průměrné znalosti ve výzkumné skupině pouze o 0,7 bodu vyšší, zatímco u kontrolní třídy byly vyšší o 3,4 bodu. Během krátkodobé projektové výuky nedošlo ke zvýšení či sníţení zájmu o astronomii. Počty bodů výzkumné i kontrolní třídy uvádím v následujících dvou tabulkách.
71
Kognitivní test z astronomie – výzkumná třída Jméno Student 1 Student 2 Student 3 Student 4 Student 5 Student 6 Student 7 Student 8 Student 9 Student 10 Student 11 Student 12 Student 13 Student 14 Student 15 Student 16 Student 17 Student 18 Student 19 Student 20 Student 21 Student 22 Student 23 Student 24 Student 25
Celkem Průměrný počet na ţáka
Počet Počet bodů před Procenta bodů po Procenta
Rozdíl bodů
Rozdíl procent
obliba před
obliba po
dovednosti dovednosti Rozdíl rozdíl před po procent
10,5 8 7 5,5 7,5 6 6,5 6,5 5,5 5,5 9 5,5 5 6,5 7,5 4,5 6,5 5 5,5 8,5 5,5 6 7,5 17,5 6
52,5 40 35 27,5 37,5 30 32,5 32,5 27,5 27,5 45 27,5 25 32,5 37,5 22,5 32,5 25 27,5 42,5 27,5 30 37,5 87,5 30
8,5 8,5 6,5 7,5 7,5 4,5 8 8 7,5 7,5 9 7,5 9 8 7,5 7,5 7,5 7 6,5 8,5 5,5 6 5 17,5 6,5
42,5 42,5 32,5 37,5 37,5 22,5 40 40 37,5 37,5 45 37,5 45 40 37,5 37,5 37,5 35 32,5 42,5 27,5 30 25 87,5 32,5
–2 0,5 -0,5 2 0 –1,5 1,5 1,5 2 2 0 2 4 1,5 0 3 1 2 1 0 0 0 –2,5 0 0,5
–10 2,5 -2,5 10 0 –7,5 7,5 7,5 10 10 0 10 20 7,5 0 15 5 10 5 0 0 0 –12,5 0 2,5
2 2 2 1 1 0 1 0 1 1 2 1 1 0 1 1 2 1 0 2 1 1 1 3 2
2 1 2 1 1 0 1 0 1 1 2 1 1 0 1 0 1 1 0 2 1 1 1 3 2
0 –1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 –1 –1 0 0 0 0 0 0 0 0
5,5 4,5 3 2,5 3,5 3 3 2,5 2,5 2,5 4 2,5 2,5 2,5 3,5 1 3 2 2,5 3,5 2,5 2,5 3 12 2
3,5 5 4 3,5 4 4,5 3,5 3,5 3,5 3 4 3 4,5 3 3 3 3 2,5 6,5 2,5 2,5 3 1 12 2
–10 2,5 5 5 2,5 7,5 2,5 5 5 2,5 0 2,5 10 2,5 –2,5 10 0 2,5 20 -5 0 2,5 –10 0 0
174,5
872,5
192,5
962,5
18
90
27
30
–3
93,5
81,5
60
7,0
34,9
7,7
38,5
0,7
3,6
1,1
1,2
–0,1
3,7
3,3
2,4
Tab. 26 Kognitivní test z astronomie – výzkumná třída 72
Kognitivní test z astronomie – kontrolní třída Jméno Student 1 Student 2 Student 3 Student 4 Student 5 Student 6 Student 7 Student 8 Student 9 Student 10 Student 11 Student 12 Student 13 Student 14 Student 15 Student 16 Student 17 Student 18 Celkem Průměrný počet na ţáka
Počet Počet Rozdíl bodů před Procenta bodů po Procenta bodů 7,5 37,5 13 65 5,5 1 5 5 25 4 10 50 12,5 62,5 2,5 5,5 27,5 9,5 47,5 4 5 25 13 65 8 7 35 15,5 77,5 8,5 9 45 10 50 1 5 25 6 30 1 2,5 12,5 13 65 10,5 3,5 17,5 5,5 27,5 2 7,5 37,5 14 70 6,5 11,5 57,5 7 35 –4,5 6,5 32,5 7,5 37,5 1 5 25 5,5 27,5 0,5 11,5 57,5 12,5 62,5 1 9 45 12 60 3 6 30 13 65 7 5,5 27,5 5,5 27,5 0 118,5 592,5 180 900 61,5 6,6
32,9
10
50
3,4
Rozdíl obliba obliba procent před po rozdíl 27,5 0 0 0 20 0 0 0 12,5 0 0 0 20 0 0 0 40 1 2 1 42,5 2 3 1 5 1 1 0 5 1 1 0 52,5 0 0 0 10 1 0 –1 32,5 1 0 –1 -22,5 1 1 0 5 1 2 1 2,5 1 1 0 5 2 2 0 15 1 1 0 35 1 0 –1 0 0 0 0 307,5 14 14 0 17,1
0,8
0,8
Tab. 27 Kognitivní test z astronomie – kontrolní třída
73
0
dovednosti před 4,5 0 5,5 3 2,5 4,5 4 1 0,5 0,5 3,5 7 2 1 8 4,5 2,5 1,5 56 3,1
dovednosti Rozdíl po procent 8 17,5 2,5 12,5 8,5 15 5 10 8,5 30 10,5 30 5 5 2 5 9 42,5 1,5 5 8 22,5 4 -15 2,5 2,5 1,5 2,5 8 0 8 17,5 8 27,5 4,5 15 105 245 5,8
13,6
7.6.2 Vstupní dotazník Uzavřené otázky zjišťovaly vztah ţáků k fyzice, náhled na jejich úspěšnost ve škole a průběh emocionality při hodinách fyziky. První otázka byla zaměřena na zjištění vztahu ţáků k předmětu fyzika. Vztah k předmětu třída
výzkumná
kontrolní
škála
absolutní hodnota
procenta
absolutní hodnota
procenta
1
4
15
3
12
2
13
48
6
24
3
4
15
4
16
4
5
19
7
28
5
1
4
5
20
celkem
27
100 25 Tab. 28 Vztah k předmětu
100
Vztah k předmětu – kontrolní třída
Vztah k předmětu – výzkumná třída
60
60
50
50
40
40
30
30
20
20
10
10 0
0 1
2
3
4
5
Graf 12 Vztah k předmětu
1
2
3
4
5
Graf 13 Vztah k předmětu
Polarita postoje k předmětu je v obou skupinách rozdílná. Mezi ţáky výzkumné třídy existují větší rozdíly. Dvě třetiny ţáků z ní mají k fyzice kladný vztah. V kontrolní třídě ţáci volili jednotlivé moţnosti stejně často.
74
Druhá otázka byla věnovaná tomu, jak ţáci vnímají svoji úspěšnost v předmětu fyzika. Náhled na školní úspěšnost třída
výzkumná
kontrolní
škála
absolutní hodnota
procenta
absolutní hodnota
procenta
1
2
7
1
4
2
7
26
9
36
3
15
56
12
48
4
3
11
3
12
5
0
0
1
0
celkem
27
100
25
100
Tab. 29 Náhled na školní úspěšnost Náhled na školní úspěšnost – výzkumná třída
Náhled na školní úspěšnost – kontrolní třída
50
50
40
40
30
30
20
20
10
10
0
1
2
3
4
0
5
Graf 14 Náhled na školní úspěšnost
1
2
3
4
5
Graf 15 Náhled na školní úspěšnost
V obou skupinách převaţuje neutrální hodnocení úspěšnosti v předmětu. Ve výzkumné skupině opět s mírně vyšší intenzitou, v kontrolní skupině s mírně vyšším pozitivním vztahem. Třetí otázka byla zaměřena na emoční klima během hodin fyziky. Průběh emocionality třída
výzkumná
kontrolní
škála
absolutní hodnota
procenta
absolutní hodnota
procenta
1
1
4
1
4
2
11
41
3
12
3
14
52
9
36
4
1
4
8
32
5
0
0
4
16
27 100 25 Tab. 30 Průběh emocionality
100
celkem
75
Průběh emocionality – výzkumná třída
Průběh emocionality – kontrolní třída
50
50
40
40
30
30
20
20
10
10
0
1
2
3
4
0
5
Graf 16 Průběh emocionality
1
2
3
4
5
Graf 17 Průběh emocionality
V hodnocení průběhu emocionality při vyučování předmětu fyziky se oba vzorky opět značně liší. Polovina ţáků z výzkumné třídy proţívá hodiny fyziky bez emocí. Přibliţně celá druhá polovina ji proţívá pozitivně. Oproti tomu vykazuje kontrolní skupina spíše negativní vnímání. Třetina dětí v kontrolní třídě hodiny proţívá bez emocí. Negativní emocionalitu bychom našli u téměř poloviny. Pro 16 % dětí z kontrolní třídy není vyučování fyziky příjemné, coţ se ve výzkumné skupině nevyskytuje. Z předchozích dvou otázek je vidět, ţe subjektivně vnímaná úspěšnost v předmětu nemusí být nutně kritériem oblíbenosti, i kdyţ u mnoha studentů v případě neúspěšnosti je předmět i neoblíbený. Můţe je ale například zajímat astronomie. S oblíbeností předmětu souvisí i průběh emocionality při hodinách. V otevřených otázkách popisovali ţáci své oblíbené a neoblíbené činnosti. Oblíbené činnosti třída Výzk. pokusy 11 počítání příkladů 3 názorné příklady, ukázka přístrojů, nástrojů 8 látka, které rozumím 4 zajímavé téma 0 nic nedělat, spát, relaxovat 0 prezentace ţáků 0 samostatná práce 0 nová látka 1 skupinová práce, projekty 2 zkoušení 2 psaní výkladu 0 projektor 0 kreslí se grafy 1 práce na PC 1 Celkem odpovědí 33 Tab. 31 Oblíbené činnosti 76
Kontr. celkem 4 15 7 10 1 9 5 9 6 6 5 5 5 5 3 3 2 3 0 2 0 2 1 1 1 1 0 1 0 1 40 73
Neoblíbené činnosti třída
Výzk. Kontr. celkem
učivo, kterému nerozumím, nová sloţitá látka
7
7
14
počítat sloţité příklady
7
5
12
nudný zdlouhavý výklad
5
1
6
zkoušení
5
1
6
test
4
2
6
nuda, učit se něco nezajímavého
1
4
5
psát dlouhé poznámky
0
4
4
prezentace učitele
0
2
3
učit se
1
2
2
učivo z praktického ţivota
0
1
1
učitel křičí
1
0
1
Celkem odpovědí
31
29
60
Tab. 32 Neoblíbené činnosti V kontrolní třídě byli ţáci aktivnější při výpovědích, uvedli více oblíbených činností. Uvedený počet neoblíbených činností je v obou skupinách stejný. Ţáci obou tříd preferují aktivizující činnosti – pokusy, počítání příkladů, ale i tvorbu prezentací a samostatnou práci. Oproti tomu jim nejvíce vadí sloţité učivo, kterému nerozumí (nová látka, sloţité příklady). Mnohým nevyhovují stresující momenty a hodnocení. Dále uvedli, ţe je nebaví transmisivní výklad a pasivnější činnosti.
7.6.3 Projektivní diagnostická technika V této technice jsme se zaměřili na sociometrickou pozici ţáků ve třídě. Před projektovou výukou ţáci pouze uváděli svoji pozici a poté pozici, na které by chtěli být.
Vstupní data – výzkumná třída dominantní přátelský
submisivní
nepřátelský
přátelský
nepřátelský
závislý nezávislý závislý nezávislý závislý nezávislý závislý nezávislý 5
15
1 0 3 0 Tab. 33 Vstupní data – výzkumná třída
3
0
Vstupní data – kontrolní třída dominantní přátelský závislý
nezávislý
2
14
submisivní
nepřátelský závislý
nezávislý
přátelský závislý
nezávislý
2 0 2 0 Tab. 34 Vstupní data – kontrolní třída 77
nepřátelský závislý nezávislý 5
0
Vstupní data – srovnání skupin přátelský dominantní nepřátelský
přátelský submisivní nepřátelský
výzk. procenta kontr. procenta
závislý
5
19
2
8
nezávislý
15
56
14
56
závislý
1
4
2
8
nezávislý
0
0
0
0
závislý
3
11
2
8
nezávislý
0
0
0
0
závislý
3
11
5
20
nezávislý
0
0
0
0
Tab. 35 Vstupní data – srovnání skupin V následujících tabulkách uvádím sociometrické pozice ţáků obou tříd. V případě, ţe je za zkratkou uvedeno navíc A, znamená to, ţe daná pozice je pouze aktuálním stavem. Projekce 1 Student 1 Student 2 Student 3 Student 4 Student 5 Student 6 Student 7 Student 8 Student 9 Student 10 Student 11 Student 12 Student 13 Student 14 Student 15 Student 16 Student 17 Student 18 Student 19 Student 20 Student 21 Student 22 Student 23 Student 24 Student 25 Student 26
já ideál 2 DPN 9 8 DNZA 14 2 DPN 16 2 DPN 16 2 DPN 1 8 DNZA 2 7 7 16 DPZ 2 19 SNZ 2 2 DPN 2 3 16 12 SPZ 11 14 SNZ 12 12 SPZ 1 2 DPN 9 14 SNZ 11 11 DPN 11 1 DPNA 1 11 DPN 11 2 DPN 2 11 DPN 11 16 DPZ 18 11 DPN 11 2 DPN 2 1 DPNA 1 Tab. 36 Projekce – kontrolní třída 78
přání dominantnější submisivnější závislejší závislejší dominantnější přátelštější ideál nezávislejší dominantnější ideál dominantnější dominantnější přátelštější dominantnější dominantnější přátelštější ideál ideál ideál ideál ideál nezávislejší ideál ideál ideál
Projekce 1 já ČERVENÁ červená 1 červená 2 červená 3 červená 4
typ
Projekce 2
ideál
přání
já ve skupině
2 11 16 2
DPN DPN DPZ DPN
1 16 16 2
dominantnější závislejší ideál ideál
1 11 1 8
červená 5 červená 6 MODRÁ modrá 1 modrá 2 modrá 3 modrá 4 modrá 5 modrá 6 ŢLUTÁ ţlutá 1 ţlutá 2 ţlutá 3 ţlutá 4
13 9
SPZA DPZ
11 9
dominantnější ideál
16 2 1 2 11 2
DPZ DPN DPNA DPN DPN DPN
16 16 1 2 11 2
11 12 11 11
DPN SPZ DPN DPN
ţlutá 5 ZELENÁ zelená 1 zelená 2 zelená 3 zelená 4 zelená 5
14 16 14 11 16 15
posun
přání posun ideál ne ne ne
1 9
dominantnější bez posunu nezávislejší nepřátelštější výrazně dominantnější bez posunu
ideál závislejší ideál ideál ideál ideál
11 16 14 9
nezávislejší závislejší nepřátelštější dominantnější
ne ideál ne ne
16
závislejší
ne
1 9 16 1
dominantnější výrazně dominantnější závislejší dominantnější
16 11 11 9
částečně částečně ne splněno
SNZ
1
výrazně dominantnější
1
závislejší dominantnější bez posunu dominantnější výrazně dominantnější
DPZ SNZ DPN DPZ DNZ
9 11 1 1 20
dominantnější přátelštější dominantnější nezávislejší přátelštější
16 13 11 1 1
bez posunu přátelštější bez posunu nezávislejší přátelštější
ne částečně ne ideál splněno
79
splněno ideál
ideál
Projekce 1 já FIALOVÁ fialová 1 fialová 2 fialová 3 fialová 4 fialová 5
12 1 1 19 2
typ SPZ DPNA DPNA SNZ DPN
Projekce 2
ideál
přání
9 2 12 19
já ve skupině
dominantnější submisivnější dominantnější submisivnější Tab. 37 Projekce – výzkumná třída
80
2 1 20 19 18
posun
přání posun
bez posunu submisivnější bez posunu submisivnější
ne částečně ne částečně
Nyní provedeme srovnání obou skupin v dimenzi dominance ve skupině, přátelskost (afiliace) a závislost na skupině. V grafech představuje první sloupec výzkumnou a druhý sloupec kontrolní skupinu.
Pozice
Výzkumná skupina
Kontrolní skupina
Dominantní
78 %
72 %
Přátelský
85 %
72 %
Závislý
44 %
44 %
Tab. 38 Sociometrická pozice
Přátelství vůči skupině
Dominance ve skupině
100,00
100,00
90,00
90,00
80,00
80,00
70,00
70,00
60,00
60,00
50,00
50,00
40,00
40,00
30,00
30,00
20,00
20,00
10,00
10,00
0,00
0,00
Graf 18 Dominance ve skupině Graf 19 Přátelství vůči skupině Výrazná většina ţáků z výzkumné i kontrolní třídy projektivně vnímá svoji sociometrickou pozici v dominantních polohách. Rozdíly mezi skupinami jsou statisticky téměř zanedbatelné. Z grafu je patrné, ţe se dominance vyskytuje v mírně menší míře ve výzkumné skupině. Výrazná většina ţáků z výzkumné i kontrolní třídy povaţuje svoji pozici za přátelskou či vyjadřující pozitivní emoce. Rozdíly mezi skupinami jiţ nejsou statisticky zanedbatelné. Ve výzkumné skupině je počet studentů v přátelských polohách o 13 % vyšší.
81
Závislost na skupině
100,00 90,00 80,00 70,00 60,00 50,00 40,00 30,00 20,00 10,00 0,00
Graf 20 Závislost na skupině Kategorie závislosti na skupině se v obou třídách objevila naprosto identicky. Více neţ polovina ţáků vnímá svoji pozici jako nezávislou na skupině. V následujících odstavcích bych ráda popsala rozdíl mezi původní sociometrickou pozicí ve třídě a novou pozicí, kterou ţáci obsadili ve skupině během společné práce. Pro přehlednost udávám počet ţáků i procentuální zastoupení v tabulce a následně graficky.
Nová zkušenost v týmu Směr k dominanci
6
24 %
Směr k submisi
2
8%
Směr k afiliaci
2
8%
Směr k hostilitě
2
8%
Směr k závislosti na skupině
3
12 %
Směr k autonomii
3
12 %
Bez posunu 7 28 % Tab. 39 Nová zkušenost v týmu
82
Nová zkušenost v týmu 30% 25% 20% 15% 10% 5% 0%
Směr k dominanci
Směr k submisi
Směr k afiliaci
Směr Směr Směr Bez posunu k hostilitě k závislosti k autonomii na skupině
Graf 21 Nová zkušenost v týmu Čtvrtina ţáků během projektu nezměnila svoji sociometrickou pozici. Z hlediska sociálně psychologických vlastností osobnosti se v rámci projektové výuky nová zkušenost ţáků nejčastěji projevila v dimenzi dominance–submise, a to posun do dominantnější polohy. Ostatní změny polohy byly stejně časté. U dvou třetin ţáků to zároveň znamená posun směrem k naplňování optima potřeby sociální moci. Porovnáním sociometrické pozice před projektovou výukou a pozice během průběhu projektu s pozicí, kterou ţák povaţuje za optimální (ideál), získáme následující tabulku. Ta nám udává, zda posun byl ve směru přání ţáka (+), nebo v jiném směru (–).
Posun k ideálu
+
–
Směr k dominanci
6
4
Směr k submisi
0
0
Směr k afiliaci
2
0
Směr k hostilitě
1
0
Směr k závislosti na skupině
1
2
Směr k autonomii
1
0
Tab. 40 Posun k ideálu
83
Ke směru ideálu se nejvíce posunuli ţáci, kteří si přáli být dominantnější. Ovšem jiní ţáci se při posunutí do dominantnější polohy od svého ideálu vzdálili. Ovšem jde pravděpodobně o počty srovnatelné s náhodností výběru pozice ţáka. Následující tabulka udává počet ţáků a procentuální zastoupení s ohledem na to, zda bylo naplněno jejich přání sociometrické pozice.
Splnění očekávání zcela
8
32 %
částečně
5
20 %
ne
12 48 % Tab. 41 Splnění očekávání
Celkově více neţ polovina ţáků tedy měla moţnost při projektové výuce získat novou pozitivní sociální zkušenost ve smyslu svého přání.
7.6.4 Dotazník kompetencí V tabulce udávám počet ţáků, u kterých došlo k rozvoji dané klíčové kompetence (bodově ohodnoceno 2 body), došlo částečně k rozvoji (bodově ohodnoceno 1 bodem) a případně nedošlo (0 bodů). V grafu je znázorněno, jak je která kompetence rozvíjena.
pracovní
k učení
došlo k rozvoji (2)
24
43
48
32
24
částečně (1)
29
30
20
27
46
bez doteku (0)
25
5
10
19
8
celkem
77
91
94
Kompetence
k řešení problémů komunikační
116 116 Tab. 42 Klíčové kompetence
sociální
Nejvíce odpovědí s variantou, při které došlo k rozvoji (2 body), dosáhla kompetence k řešení problémů. O pět odpovědí méně jsem zaznamenala u kompetence k učení. Obě tyto kompetence ale byly oceněny stejným počtem bodů. V následujících tabulkách jsou uvedeny počty bodů. Uvádím je rozdělené podle jednotlivých skupin.
84
Kompetence pracovní
k řeš. problémů
k učení
komunikační
sociální
ČERVENÁ Červená 1 Červená 2 Červená 3 Červená 4 Červená 5 Červená 6 počet „správných“
0 0 0 0 0 0 0
2 2 2 2 2 2 12 18
1 1 1 1 1 1 6
2 2 1 1 2 1 9
1 2 2 2 2 1 10 28
2 1 2 2 2 0 9
2 2 2 1 0 2 9
2 2 2 0 1 2 9 27
2 1 2 1 2 1 9
0 1 2 2 1 2 8
2 0 2 2 2 2 10 20
0 0 1 0 0 1 2
1 1 1 1 1 2 7
2 1 1 2 2 – 8 25
2 2 2 2 2 0 10
0 0 0 2 2 4
1 1 1 – 1 4 13
1 1 1 1 1 5
1 1 2 1 1 6
1 2 1 1 1 6 21
2 2 1 2 2 9
2 2 1 0 0 5
1 1 2 2 2 8 21
2 1 2 1 2 8
2 2 0 1 1 6
2 1 2 1 1 7 16
1 1 0 – 1 3
1 1 1 1 1 5
2 1 1 1 1 6 17
2 2 2 0 0 6
2 0 2 2 2 8
2 0 2 2 2 8 21
1 1 1 1 1 5
2 2 1 1 1 7
2 2 2 2 2 10 26
2 1 2 2 2 9
2 1 2 2 2 9
2 2 2 2 – 8 24
1 1 2 1 2 7
2 1 2 2 0 7
1 1 2 2 1 7 22
2 1 2 2 1 8
1 2 1 1 1 6
2 1 2 2 1 8 19
1 2 1 1 0 5
MODRÁ Modrá 1 Modrá 2 Modrá 3 Modrá 4 Modrá 6 počet „správných“
ŢLUTÁ Ţlutá 1 Ţlutá 2 Ţlutá 3 Ţlutá 4 Ţlutá 5 počet „správných“
85
Kompetence pracovní
k řeš. problémů
k učení
komunikační
sociální
ZELENÁ Zelená 1 Zelená 2 Zelená 3 Zelená 4 Zelená 5 počet „správných“
0 0 0 0 0 0
2 2 2 0 1 7 12
1 0 1 1 2 5
2 1 2 1 1 7
2 2 2 2 2 10 23
0 2 1 2 1 6
0 2 1 2 0 5
2 2 1 2 2 9 21
1 1 1 2 2 7
2 0 0 2 1 5
2 1 1 2 1 7 13
0 0 0 1 0 1
1 1 1 1 1 5
1 1 1 1 1 5 16
1 2 2 1 0 6
Fialová 1 Fialová 2 Fialová 3 Fialová 4 Fialová 5 počet „správných“
– 2 0 0 0 2
– 1 1 1 1 4
2 1 1 1 0 5
2 0 2 2 2 8
– 2 2 2 1 7
– 1 1 1 1 4
37
36
38
33
17
27
1 1 1 2 1 6 17 33
– 1 2 2 2 7
34
2 2 2 2 2 10 20 41
– 1 1 1 0 3
25
2 2 0 2 2 8 23 42
– 1 2 2 2 7
14
1 2 2 2 2 9 18 55
– – 1 2 1 4
počet „správných“
– 2 1 2 2 7 13 38
FIALOVÁ
celkem
77
116
116 Tab. 43 Klíčové kompetence
86
91
94
34
Klíčové kompetence
120
100
80
60
40
20
0 pracovní
k učení
k řešení problémů
komunikační
sociální
Graf 22 Klíčové kompetence Obdobně jako u pilotní verze projektu bylo nejvyššího rozvoje dosaţeno u klíčových kompetencí k učení a k řešení problémů. Dále byly rozvíjeny také kompetence sociální a komunikační. Nejméně byla rozvíjena kompetence pracovní, coţ je u krátkodobého projektu pochopitelné (ţáci si nemohou tolik rozvrhnout časový plán a dílčí kroky). Rozvoj klíčové kompetence občanské nebyl zkoumán. Následující tabulka uvádí vyhodnocení kompetencí jednotlivých ţáků.
87
Kompetence pracovní Červená 1 Červená 2 Červená 3 Červená 4 Červená 5 Červená 6 Modrá 1 Modrá 2 Modrá 3 Modrá 4 Modrá 6 Ţlutá 1 Ţlutá 2 Ţlutá 3 Ţlutá 4 Ţlutá 5 Zelená 1 Zelená 2 Zelená 3 Zelená 4 Zelená 5 Fialová 1 Fialová 2 Fialová 3 Fialová 4 Fialová 5
3 3 3 3 3 3 2 2 2 3 4 5 1 5 5 5 3 2 3 1 3 – 5 2 3 3
k učení
k řeš. problémů
5 6 5 5 5 6 5 2 6 3 2 5 4 5 5 4 4 5 5 3 4 4 6 5 5 4 5 6 5 5 5 4 4 3 5 5 5 3 5 6 4 4 3 4 3 3 4 4 5 6 3 6 Tab. 44 Klíčové kompetence 88
komunikační
sociální
2 1 5 4 3 5 5 4 2 2 3 5 3 6 6 2 4 1 1 5 2 2 5 5 5 3
5 4 4 5 5 2 5 4 4 2 2 4 5 4 4 2 3 4 4 3 2 1 3 4 5 4
V následující tabulce jsou uvedeny počty ţáků v závislosti na míře rozvoje jednotlivých kompetencí.
Počet ţáků v závislosti na míře rozvoje kompetencí Kompetence
pracovní
k řeš. problémů
k učení
komunikační
se nerozvíjela 1 0 0 0 (0 bodů) se mírně 7 1 1 9 rozvíjela (1–2) se rozvíjela 13 9 12 7 průměrně (3–4) se výrazně 5 16 13 10 rozvíjela (5–6) Tab. 45 Počet ţáků v závislosti na míře rozvoje kompetencí
sociální 0 6 14 6
Z tabulky je patrné, ţe nejvyšší počet ţáků u všech kompetencí připadá do sekce průměrného či výrazného rozvoje. Nyní se podíváme na součet posledních dvou řádků, kde jsou ţáci, u kterých došlo k vyššímu rozvoji kompetencí. U kompetence pracovní sem můţeme zařadit dvě třetiny ţáků a stejně tak u kompetence komunikační. U kompetence k učení sem spadají téměř všichni ţáci a stejně je tomu i u kompetence k řešení problémů. U kompetence sociální se jedná o tři čtvrtiny ţáků. Součástí dotazníku kompetencí byly i otevřené otázky, ve kterých měli ţáci popsat věci, které se během projektu naučili, dále napsat, kdo ve skupině nejvíce přispěl k práci (kdo měl nejlepší nápady), pojmenovat svoji úlohu ve skupině a vyjmenovat činnosti, které se mu líbily a které nikoliv. Odpovědi jsou zaznamenané v následující tabulce.
89
zdroje
naučil jsem se
Kompetence nápady měl má úloha
líbilo se mi
nelíbilo
ČERVENÁ Červená 1
internet, učebnice + knihy
Červená 2 Červená 3
internet
Červená 4
údaje o Jupiteru, nové Červená 6 vzorečky, spolupracovat údaje o vesmíru, měsících, Jupiteru, … spolupracovat, nová látka, naše budoucnost
Červená 5
výpočet hodnot
prezentace, skupinová málo času práce
prezentace
skupinová práce, málo času zábavná forma výuky
Červená 6 a 1 vše společně
vše, bylo to přínosné
málo času
internet, na dotaz od učitele internet, na dotaz od učitele internet, učebnice + spolupracovat knihy
Červená 6
skupinová práce
málo času
Modrá 1
internet
Modrá 4
Modrá 2
internet
Modrá 3
na dotaz od učitele
souvislosti, údaje o vesmíru (AU)
Modrá 4
internet
vzorečky, je zbytečné se Všichni hádat
Modrá 6
internet
excentricita, výpočty
Červená 5 Červená 6
Červená 6 Všichni
prezentace
prezentace, hledání prezentace informací kaţdý musel výpočty, technické odprezentovat svoji zázemí práci a obhájit si ji
MODRÁ spolupracovat
skupinová práce, něco se tvořilo příleţitost k občas nesrozumitelné kontrola prezentace seberealizování zadání radil jsem ostatním
Modrá 4 Modrá 4
kontrola prezentace skupinová práce základ prezentace, moţnost ukázat své zdůvodnění znalosti vlastností vymýšlení detailů, moţnost kreativity praktická řešení
Modrá 4 90
občas jsem se nudil časová náročnost občas je ve skupině někdo, kdo nic nedělá
zdroje
naučil jsem se
Kompetence nápady měl má úloha
líbilo se mi
nelíbilo
ŢLUTÁ Ţlutá 1
jak na sobě vše závisí
Většina
Ţlutá 2
na dotaz od učitele
excentricita, vzoreček
Ţlutá 4
Ţlutá 3
internet
excentricita, závislosti veličin
Ţlutá 4
Ţlutá 4
internet
počet měsíců
Všichni
Ţlutá 5
internet
excentricita, AU, planety Všichni
hledala jsem informace hledání informací na internetu koukal se, radil a hledal informace prezentace
samostatná práce podle trochu moc dlouhé vlastní fantazie vymýšlení měsíce, počítání prezentace ţádné testy, zkoušení, nesrozumitelnost jiná práce některých výrazů zajímavost, zpestření nic výuky větší zábava, kdyţ něco nevím, tak si to najdu
ZELENÁ Zelená 1
internet
Zelená 2
internet
Zelená 3
internet
Zelená 4
internet
Zelená 5
internet
nové poznatky o astronomii, práce ve skupině, prezentování spolupráce, nacházet řešení pro věci do budoucna
Zelená 3 (název)
fiktivní tvoření nového nic obyvatelného měsíce
vyhledávání informací
mohli jsme navrhovat řešení tak velkého občas zdlouhavost problému
název měsíce, byla jsem zticha, protoţe prezentace tomu nerozumím
práce ve skupině, nové informace počet měsíců, zánik Slunce, AU většinu jsem znal
prezentace, prezentování
Všichni
prezentace
zábavná forma
Zelená 3
opravoval PC
zábava
91
občas jsem se ztrácela ve výkladu
moc dlouhé
zdroje
naučil jsem se
Kompetence nápady měl má úloha
líbilo se mi
nelíbilo
FIALOVÁ Fialová 1
internet
Fialová 2
internet
Fialová 3 Fialová 4
přehled o budoucnosti
Fialová 5
internet, na nic nového jsem se Fialová 2 dotaz od učitele nenaučil AU, počet Keplerových internet Fialová 2 zákonů, excentricita
prezentace, výběr způsobu
spolupráce
nic
konzultant
nevím
nevím
psaní a prezentování
volnost, komunikace
nic
Fialová 5 Tab. 46 Kompetence – otevřené otázky
92
Naučil jsem se Pojmenoval
Nápady měl
Má úloha
19 Zvolili jednoho 16 Dokázal pojmenovat 23 Obsah
Nepojmenoval 7 Zvolili všechny 6 Nedokázal (pasivní)
Nelíbilo se mi
Líbilo se mi
4 Ano 14
3 Způsob učení 19 Ne
Neodpověděli 4 Tab. 47 Kompetence – shrnutí
Irelevantní odpovědi
5
2
Protoţe ţáci dokázali pojmenovat svoji úlohu ve skupině (hledání informací, tvorba prezentace, výpočty), tak to znamená, ţe se všichni zapojili. Zmiňované nedostatky, které se ţákům nelíbily, se nevztahovaly ke koncepci výuky ani stylu učení. Některým ţákům spíše vadilo, ţe projekt byl příliš dlouhý, ale více si naopak myslelo, ţe bylo zbytečně málo času. Objevily se i stíţnosti ke sloţitosti obsahu. Nejvyšší bodové ohodnocení v přepočtu na jednoho ţáka získala ţlutá skupina (22,4 bodu), oproti tomu nejniţší ohodnocení získala zelená skupina (17 bodů) a modrá skupina (17,6 bodu). V otevřených otázkách byla ţlutá skupina sdílnější. Ţáci uvedli, ţe nápady měli všichni a při vyjmenování věcí, které je bavily, byli konkrétnější. Oproti tomu ţáci zelené a modré skupiny uváděli často, ţe projekt byl zdlouhavý a občas se v něm ztráceli. Při uvádění pozitiv projektu byli mnohem méně konkrétní. Dalo by se tedy usoudit, ţe rozvoj kompetencí závisí na motivaci k práci na projektu.
7.6.5 Skupinový rozhovor Skupinový rozhovor nebyl začleněn, ale ţáci se o projektu vyjadřovali pozitivně a projevili přání, aby byl v budoucnu podobný projekt opětovně začleněn do vyučování.
7.7 Další školy Projekt byl poté ještě vyzkoušen na třech gymnáziích v Plzni: Gymnáziu Luďka Pika (Opavská 21) – ţáci kvart, Gymnáziu, Plzeň, Mikulášské nám. 23 – ţáci kvint a Masarykově gymnáziu (Petákova 2) – ţáci kvint.
93
8 Závěr Ve své diplomové práci jsem se zaměřila na výuku astronomie na středních školách. Věnovala jsem se rozboru učebnic a školních vzdělávacích programů na některých školách. Učivo astronomie se nejčastěji probírá v hodinách fyziky a to v devátých ročnících základních škol (případně kvart víceletých gymnázií) a prvních ročnících středních škol (případně kvint víceletých gymnázií). Zabývala jsem se i historií projektového vyučování od jejího vzniku aţ do současnosti a popisem této metody. Hlavním cílem mé práce bylo navrţení projektu zaměřeného na výuku Keplerových zákonů, s jehoţ pomocí by učitel aktivizujícími metodami seznámil ţáky s naší sluneční soustavou, problematikou pohybu planet kolem Slunce a měsíců kolem jejich planet. Ţáci během projektu dostali za úkol navrhnout umělý obyvatelný měsíc Jupitera. Tento projekt byl koncipován jako skupinový (5–6 ţáků), krátkodobý v rozsahu 4–6 hodin a zahrnoval oblasti více předmětů (matematika, informatika a výtvarná výchova). Následně jsem projekt zrealizovala na vybraných školách – v kvintách osmiletého studia Masarykova gymnázia (Petákova 2, Plzeň), Gymnázia, Plzeň, Mikulášské nám. 23 a Gymnázia Ostrov (Studentská 1205, Ostrov), v kvartách osmiletého studia Gymnázia Luďka Pika (Opavská 21, Plzeň) a v devátých ročnících Benešovy základní školy a mateřské školy Plzeň (Doudlevecká 35, Plzeň). Na všech školách proběhl bez větších komplikací a vţdy se setkal s vřelým přijetím ze stran ţáků i učitelů. Po úvodní motivační hodině ţáci samostatně navrhovali parametry umělého obyvatelného měsíce Jupitera s ohledem na všechny fyzikální zákonitosti. Výstupem ţáků byla nejčastěji prezentace v programu PowerPoint s jimi navrţenými charakteristikami a případně výtvarná prezentace. Výsledkem práce byl vedle vlastního projektu rovněţ výzkum efektivity projektového vyučování z kognitivního a pedagogickopsychologického hlediska pomocí dotazníků a rozhovoru. Věnovala jsem se zvláště získání kognitivních znalostí, rozvoji klíčových kompetencí, změně sociometrických pozic ţáků, klima školní třídy a oblibě předmětu fyzika. Výzkum byl prováděn pouze na školách, kde byl uskutečněn projekt. Zkoumala jsem nejen třídu, ve které probíhal projekt, ale i kontrolní srovnávací třídu, kde probíhala výuka klasickým způsobem. Na základě mého výzkumu vyplývá, ţe kromě rozšiřování kognitivních znalostí z oblasti astronomie získají při projektu ţáci také dovednosti (klíčové kompetence), coţ lze interpretovat tak, ţe nabyté znalosti umějí ţáci aktivně pouţít. 94
Z pedagogickopsychologických disciplín jsem zkoumala zejména rozvoj klíčových kompetencí a změnu sociometrické pozice ţáka ve skupině. U pilotní verze (ţáci devátých ročníků Benešovy základní školy) došlo k průměrnému či vyššímu rozvoji klíčových kompetencí u 60 % dětí. V případě další verze (ţáci kvint Gymnázia Ostrov) došlo k průměrnému či vyššímu rozvoji klíčových kompetencí dokonce u 80 % ţáků. U více neţ poloviny ţáků obou testovaných skupin došlo k posunu sociometrické pozice směrem k naplňování optima potřeby sociální moci. Na základě mého výzkumu lze tedy vyvodit, ţe projektová metoda jakoţto jedna z aktivizujících metod výuky je vhodná k zařazení do výuky ţáků druhých stupňů základních škol a studentů středních škol.
95
9 Slovníček Afiliace znamená přátelskost a emočně kladné, přátelské sociální kontakty s lidmi. Astronomická jednotka je střední vzdálenost Země od Slunce (jednotka délky, značí se AU), 1 AU = 149 597 870 691m. Autonomie v psychologii je pocit, ţe jedinec je pánem svého ţivota, můţe o sobě svobodně rozhodovat (cítí se nezávislý). [18] Dominance je převládání, převaha, schopnost prosazovat vlastní vůli, či nepoddajnost a nadřazenost. Excentricita neboli výstřednost nám udává, jak moc je daná elipsa zploštělá (u kruţnice je 0), vypočítá se e a 2 b 2 , kde a je hlavní a b vedlejší poloosa elipsy. Galileovské měsíce jsou čtyři největší měsíce planety Jupiter (Ió, Europa, Ganymédes a Callistó) objevené jiţ Galileem Galilei na počátku 17. století. Hostilita je dlouhodobý emocionální vztah, který můţe přerůst v trvalejší postoj vůči jiným lidem. Charakteristické je nepřátelství vůči jiným lidem. [18] Klíčové kompetence (dovednosti) nazýváme soubor poţadavků na vzdělání, zahrnující podstatné vědomosti, dovednosti a schopnosti univerzálně pouţitelné v běţných pracovních a ţivotních situacích. Mají být rozvíjeny ve všech předmětech. Rozlišujeme klíčové kompetence k učení, k řešení problémů, komunikativní, sociální a personální a občanskou. [18] Keplerovy zákony jsou tři zákony popisující pohyb planet v naší sluneční soustavě. Formuloval je Johannes Kepler v 17. století. 1. „Planety se pohybují kolem Slunce po elipsách málo odlišných od kružnic, v jejichž společném ohnisku je Slunce. 2. Obsahy ploch opsaných průvodičem planety za jednotku času jsou konstantní. 3. Poměr druhých mocnin oběžných dob dvou planet se rovná poměru třetích mocnin hlavních poloos jejich trajektorií.“ (Bednařík [2], str. 163–165) Konstruktivní metody jsou vyučovací metody orientované na ţáky, zaloţené na jejich aktivním přístupu. Ţák nepřijímá hotové informace. Typická je samostatnost ţáků, větší volnost a kritické myšlení. Kruhová rychlost je rychlost, kterou musíme udělit tělesu, aby se pohybovalo po kruţnici kolem centrálního tělesa. Velikost kruhové rychlosti v k závisí na hmotnosti M
96
centrálního tělesa a na poloměru kruhové dráhy r podle vztahu v k
.M r
, kde je
gravitační konstanta. [2] Projektová metoda je vyučovací metoda, při níţ ţáci samostatně zpracovávají určité projekty (často z reálného ţivota), zkušenosti získávají praktickou činností. Je odvozena z pragmatické pedagogiky. [18] Projektová výuka je zaloţena na projektové metodě. Sociometrická pozice je umístěním jednotlivce v soustavě skupinových (společenských) vztahů, vyjadřujících stupně vzájemné přitaţlivosti, odpudivosti či lhostejnosti jedněch vůči druhým. [17] Sociometrická metoda je způsob zkoumání struktury a dynamiky skupiny, mezilidských vztahů a postojů. Sociometrie je nauka o zkoumání sociálních vztahů a vnitřní struktury sociálních skupin. Je to soubor sociologických a psychologických metod a technik aplikovaných při zjišťování a měření vztahů mezi členy malých skupin. [18] Submise je podrobení se, poslušnost, podřízení, pokora či rezignace. Školní vzdělávací program je učební dokument, který si kaţdá základní a střední škola v České republice vytváří, aby realizovala poţadavky rámcového vzdělávacího programu pro daný obor vzdělávání. Legislativně je zakotven v zákoně číslo 561/2004 Sb. (školský zákon). Výsledný dokument obsahuje základní informace o škole, o jejích vzdělávacích prioritách, pravidelných akcích, spolupráci s mimoškolním světem, personálních i materiálních podmínkách. Důleţitou část představují tzv. společné strategie k rozvoji klíčových kompetencí. Nalezneme zde očekávané výstupy z Rámcového vzdělávacího programu převedené do školních výstupů a učivo k nim přináleţející. [21] Transmisivní metody jsou vyučovací metody zaloţené na transmisi, coţ je přenos, vysílání či zprostředkování. Ţák je pasivní, pouze přijímá hotové informace.
97
10 Pouţitá literatura [1]
Bader, F., Dorn, F.: Physik Oberstufe M. Hannover 1975, nakl. Schroedel, ISBN 3507-86153-4
[2]
Bednařík, M., Bujok, P., Široká, M.: Fyzika pro gymnázia – Mechanika. Praha 1993, nakl. Prometheus, ISBN 80-901619-3-1
[3]
Bednařík, M., Hýblová, R., Lepil, O.: Fyzika pro střední školy, I. Díl. Praha 1993, nakl. Jednota českých matematiků a fyziků, ISBN 80-7015-432-2
[4]
Coufalová, J.: Projektové vyučování pro první stupeň základní školy. Praha 2006, nakl. Fortuna, ISBN 80-7168-958-0
[5]
Dvořáková, M., Kašová, J., Tomková, A.: Učíme v projektech. Praha 2009, nakl. Portál, ISBN 978-80-7367-527-1
[6]
Hansen Čechová, B.: Nápady pro rozvoj a hodnocení Klíčových kompetencí ţáků. Praha 2009, nakl. Portál, ISBN 978-80-7367-388-8
[7]
Hausenblas, O. a kol.: Klíčové kompetence na gymnáziu. Praha 2008, nakl. VÚP, ISBN 978-80-87000-20-5
[8]
Held, E. a kol.: Physik 11. Berlín 1967, nakl. Volk und Wissen Volkseigener Verlag
[9]
Kalabza, P.: Determinanty sociometrické pozice ţáka ve školní třídě [online]. Dostupné na WWW [cit. 2011-04-25]: http://dspace.knihovna.utb.cz/bitstream/handle/10563/9804/kalabza_2009_bp.pdf?seq uence=1
[10]
Kašová, J., kol.: Škola trochu jinak: projektové vyučování v teorii i praxi. Kroměříţ 1995, nakl. Iuventa
[11]
Káţa, J., Vlachová, M.: Pohyby v gravitačním poli Země [online]. Dostupné na WWW [cit. 2011-04-25]: http://www.techmania.cz/edutorium/art_exponaty.php?xkat=fyzika&key=237
[12]
Kéhar, O.: Měsíce planety Jupiter [online]. Dostupné na WWW [cit. 2011-03-05]: http://astronomia.zcu.cz/planety/jupiter/923-mesice-planety-jupiter
[13]
Kratochvílová, J.: Teorie a praxe projektové výuky. Brno 2006, nakl. MU Brno, ISBN 80-210-4142-0
[14]
Kuhn, W.: Physik III A Mechanik. Braunschweig 1973, nakl. Westermann, ISBN 314-151971-4
[15]
Landa, J.: Měření vzdáleností ve vesmíru [online]. Dostupné na WWW [cit. 2011-04-30]: http://www.webareal.cz/jakublanda/5-Zemepisny-seminar 98
[16]
Macháček, M.: Fyzika pro gymnázia – Astrofyzika. Praha 2008, nakl. Prometheus, ISBN 978-80-7196-376-9
[17]
Maňák, J., Švec V.: Výukové metody. Brno 2003, nakl. Paido, ISBN 80-7315-039-5
[18]
Mareš, J., Průcha, J., Walterová, E.: Pedagogický slovník. Praha 2003, nakl. Portál, ISBN 80-7178-772-8
[19]
Petrusek, M.: Sociometrie: teorie, metoda, techniky. Praha 1969, nakl. Svoboda
[20]
Pišút, J. a kol.: Fyzika pro IV. ročník gymnázií. Praha 1987, nakl. Státní pedagogické nakladatelství
[21]
Plötz, R. a kol.: Physik 12 Berlín 1971, nakl. Volk und Wissen Volkseigener Verlag
[22]
Poláková, I.: Co nám říkají zkratky RVP a ŠVP? [online]. Dostupné na WWW [cit. 2011-02-5]: http://www.mistoprozivot.cz/skola/co-nam-rikaji-zkratky-rvp-a-svp
[23]
Skalková, J.: Obecná didaktika. Praha: Grada Publishing, 2007
[24]
Stern, D.: Kepler's Three Laws of Planetary Motion [online]. Dostupné na WWW [cit. 2011-04-10]: http://www.phy6.org/stargaze/Kep3laws.htm
[25]
Vachek, J. a kol.: Fyzika pro I. ročník gymnázií. Praha 1985, nakl. Státní pedagogické nakladatelství
[26]
Keplerovy zákony [online]. Dostupné na WWW [cit. 2011-04-30]: http://galaxie.web2001.cz/astronomie/kepler.html
[27]
Školní vzdělávací program pro gymnaziální vzdělávání – Gymnázium Ostrov [online]. Dostupné na WWW [cit. 2011-03-15]: http://www.gymostrov.cz/svp/
[28]
Školní vzdělávací program pro gymnaziální vzdělávání – Gymnázium, Plzeň, Mikulášské
nám. 23 [29]
Školní vzdělávací program pro gymnaziální vzdělávání – Masarykovo gymnázium
99
11 Přílohy 11.1 Kognitivní didaktický test – astronomie Zajímáš se o astronomii? (zakrouţkuj)
ano
spíše ano
spíše ne
ne
1)
Kolik má naše sluneční soustava planet? Vyjmenuj je v jejich pořadí od Slunce.
2)
Na jaké dvě hlavní skupiny a podle čeho rozdělujeme planety naší sluneční soustavy?
3)
Kolik má naše sluneční soustava měsíců (zakrouţkuj)? 1
2 – 10
11 – 30
31 – 60
61 – 100
více neţ 100
4)
Která planeta má nejvíce měsíců?
5)
Čeho se týkají Keplerovy zákony? Kolik jich je?
6)
Napiš jejich znění (vlastními slovy).
7)
Léto je v ČR, kdyţ jsme nejblíţe Slunci/nejdál od Slunce. (zakrouţkuj)
8)
Co je to elipsa, ohnisko elipsy (znázorni i obrázkem)?
9)
Co je to astronomická jednotka (AU)? Převeď ji na jiné, běţně pouţívané jednotky.
10)
Planeta, která je 3x dál od Slunce neţ Země, bude mít dobu oběhu asi _____ neţ Země.
stejnou
3x kratší
3x delší
5x kratší 100
5x delší
9x kratší
9x delší
11.2 Fotografie ţáků při práci na projektu ( Autoři fotografií jsou Bojda Martin, Šafránková Ivana a Toman Jakub.)
Obr. 5 Fotografie ţáků při práci na projektu
Obr. 6 Fotografie ţáků při práci na projektu 101
Obr. 7 Fotografie ţáků při práci na projektu
Obr. 8 Fotografie ţáků při práci na projektu 102
Obr. 9 Fotografie ţáků při práci na projektu
Obr. 10 Fotografie ţáků při práci na projektu 103
11.3 Ukázky výstupů ţáků ( Autor fotografií je Suková Zuzana.)
Obr. 11 Ukázky výstupů ţáků
MAXIM POLOMĚR
6 395,2 km
HMOTNOST
5,98. 1024 kg
DOBA ROTACE
24 hodin
DOBA OBĚHU
7,2 dne
VDÁLENOST OD JUPITERA
1 037 000 km
VÝSTŘEDNOST
0,001
OBJEM
108,32.1010 km3
POVRCHOVÁ TEPLOTA
17°C
Tab. 48 Ukázky výstupů ţáků
104
Obr. 12 Ukázky výstupů ţáků
Obr. 13 Ukázky výstupů ţáků 105
Obr. 14 Ukázky výstupů ţáků
Obr. 15 Ukázky výstupů ţáků 106
12 Seznam tabulek Tab. 1 Planety naší sluneční soustavy str. 37 Tab. 2 Excentricita objektů str. 38 Tab. 3 Postup aplikace metod str. 49 Tab. 4 Kognitivní test z astronomie – výzkumná třída str. 52 Tab. 5 Kognitivní test z astronomie – kontrolní třída str. 53 Tab. 6 Vztah k předmětu str. 54 Tab. 7 Náhled na školní úspěšnost str. 55 Tab. 8 Průběh emocionality str. 55 Tab. 9 Oblíbené činnosti str. 56 Tab. 10 Neoblíbené činnosti str. 57 Tab. 11 Vstupní data – výzkumná třída str. 57 Tab. 12 Vstupní data – kontrolní třída str. 57 Tab. 13 Vstupní data – srovnání skupin str. 58 Tab. 14 Projekce – kontrolní třída str. 58 Tab. 15 Projekce – výzkumná třída str. 59 Tab. 16 Sociometrická pozice str. 60 Tab. 17 Nová zkušenost v týmu str. 61 Tab. 18 Posun k ideálu str. 62 Tab. 19 Splnění očekávání str. 63 Tab. 20 Klíčové kompetence str. 63 Tab. 21 Klíčové kompetence str. 64 Tab. 22 Klíčové kompetence str. 66 Tab. 23 Počet ţáků v závislosti na míře rozvoje kompetencí str. 67 Tab. 24 Kompetence – otevřené otázky str. 68 Tab. 25 Kompetence – shrnutí str. 69 Tab. 26 Kognitivní test z astronomie – výzkumná třída str. 72 Tab. 27 Kognitivní test z astronomie – kontrolní třída str. 73 Tab. 28 Vztah k předmětu str. 74 Tab. 29 Náhled na školní úspěšnost str. 75 Tab. 30 Průběh emocionality str. 75 Tab. 31 Oblíbené činnosti str. 76 Tab. 32 Neoblíbené činnosti str. 77 107
Tab. 33 Vstupní data – výzkumná třída str. 77 Tab. 34 Vstupní data – kontrolní třída str. 77 Tab. 35 Vstupní data – srovnání skupin str. 78 Tab. 36 Projekce – kontrolní třída str. 78 Tab. 37 Projekce – výzkumná třída str. 79–80 Tab. 38 Sociometrická pozice str. 81 Tab. 39 Nová zkušenost v týmu str. 82 Tab. 40 Posun k ideálu str. 83 Tab. 41 Splnění očekávání str. 84 Tab. 42 Klíčové kompetence str. 84 Tab. 43 Klíčové kompetence str. 85–86 Tab. 44 Klíčové kompetence str. 88 Tab. 45 Počet ţáků v závislosti na míře rozvoje kompetencí str. 89 Tab. 46 Kompetence – otevřené otázky str. 90–92 Tab. 47 Kompetence – shrnutí str. 93 Tab. 48 Ukázky výstupů ţáků str. 104
108
13 Seznam grafů Graf 1 Vztah k předmětu str. 54 Graf 2 Vztah k předmětu str. 54 Graf 3 Náhled na školní úspěšnost
str. 55
Graf 4 Náhled na školní úspěšnost str. 55 Graf 5 Průběh emocionality str. 56 Graf 6 Průběh emocionality str. 56 Graf 7 Dominance ve skupině str. 60 Graf 8 Přátelství vůči skupině str. 60 Graf 9 Závislost na skupině str. 61 Graf 10 Nová zkušenost v týmu str. 62 Graf 11 Klíčové kompetence str. 65 Graf 12 Vztah k předmětu str. 74 Graf 13 Vztah k předmětu str. 74 Graf 14 Náhled na školní úspěšnost str. 75 Graf 15 Náhled na školní úspěšnost str. 75 Graf 16 Průběh emocionality str. 76 Graf 17 Průběh emocionality str. 76 Graf 18 Dominance ve skupině str. 81 Graf 19 Přátelství vůči skupině str. 81 Graf 20 Závislost na skupině str. 82 Graf 21 Nová zkušenost v týmu str. 83 Graf 22 Klíčové kompetence str. 87
109
14 Seznam obrázků Obr. 1 Znázornění měsíců Jupitera [12] str. 41 Obr. 2 Schéma 1. Keplerova zákona [15] str. 42 Obr. 3 Schéma 2. Keplerova zákona [26] str. 42 Obr. 4 Znázornění kruhové, eliptické a parabolické dráhy [11] str. 44 Obr. 5 Fotografie ţáků při práci na projektu str. 101 Obr. 6 Fotografie ţáků při práci na projektu str. 101 Obr. 7 Fotografie ţáků při práci na projektu str. 102 Obr. 8 Fotografie ţáků při práci na projektu str. 102 Obr. 9 Fotografie ţáků při práci na projektu str. 103 Obr. 10 Fotografie ţáků při práci na projektu str. 103 Obr. 11 Ukázky výstupů ţáků str. 104 Obr. 12 Ukázky výstupů ţáků str. 105 Obr. 13 Ukázky výstupů ţáků str. 105 Obr. 14 Ukázky výstupů ţáků str. 106 Obr. 15 Ukázky výstupů ţáků str. 106
110
Evidenční list Souhlasím s tím, aby moje diplomová práce byla půjčována k prezenčnímu studiu v Univerzitní knihovně ZČU v Plzni.
Datum:
Podpis:
Uţivatel stvrzuje svým čitelným podpisem, ţe tuto diplomovou práci pouţil ke studijním účelům a prohlašuje, ţe ji uvede mezi pouţitými prameny.
Jméno
Fakulta/katedra
111
Datum
Podpis
